生物質熱化學催化氨化制備含氮化學品的研究.pdf

1、目前，我國的一次能源消費以煤為主，化石能源的大量消耗引起嚴重的環(huán)境污染問題。持續(xù)快速發(fā)展的能源需求和能源的清潔高效利用，對能源研究領域的科學合理發(fā)展提出了巨大的挑戰(zhàn)。生物質能作為世界上重要的新能源，在應對全球氣候變化、能源供需矛盾、保護生態(tài)環(huán)境等方面發(fā)揮著重要作用。生物質是唯一可轉化為多種燃料和化學品的可再生綠色碳源，引起了較為廣泛關注。熱化學催化選擇性氨化技術是一種經濟可行的方法轉化生物質到含氮化學品。
　　吲哚類化合物、吡咯類

2、化合物和乙腈是一類高附加值含氮化學品，在醫(yī)藥、農藥、食品、化工等領域有著穩(wěn)定的市場和光明的前景。但目前這些含氮化學品的制備過程還存著諸多問題，如原料污染嚴重、反應條件嚴苛、目標產率不高、催化體系復雜等。基于這些問題，本論文主要發(fā)展了多種催化體系，配合最優(yōu)反應參數，實現了氨氣氛圍中熱化學催化轉化生物質原料到多種含氮化學品的定向高效制備過程。論文主要分為以下五個章節(jié):
　　第一章首先簡要介紹了木質纖維素生物質和微藻，接著詳細綜述目前生

3、物質熱化學轉化的發(fā)展現狀以及熱化學催化氨化領域的最新研究進展。同時，介紹了多種高附加值含氮化學品的主要用途和制備工藝。
　　第二章介紹了以糠醛作為生物質基模型物，通過氨氣氛圍中熱化學催化轉化反應，實現定向制備吲哚類化合物的研究。通過對催化劑、反應溫度、重時空速、氨與糠醛的摩爾比等反應條件的系統優(yōu)化，有效提升了吲哚類化合物的產率和選擇性。HZSM-5催化劑在多次循環(huán)/再生之后僅輕微失活。通過實驗數據和理論計算的結合，提出了熱化化學催

4、化氨化糠醛制備吲哚類化合物的可能反應路徑。
　　第三章研究了惰性載氣的引入對熱化學催化氨化糠醛制備吲哚類化合物的影響。利用氮氣稀釋氨氣，實現了較低溫度條件下含氮化學品和吲哚類化合物產率的提升。稀釋氨氣氛圍對呋喃類化合物制備含氮化學品同樣具有一定的促進作用。呋喃類化合物的官能團是決定產物分布的關鍵因素。吲哚類化合物產率的提升是由于稀釋氨氣氛圍中抑制了生成2-氰基呋喃和焦炭的副反應路徑。對比研究了HZSM-5催化劑在純氨氣和稀釋氨氣氛

5、圍中的循環(huán)穩(wěn)定性，通過XRD、XRF、NH3-TPD等表征手段分析發(fā)現稀釋氨氣氛圍能有效減輕催化劑循環(huán)過程中的脫鋁、結構破壞和酸量降低的現象。
　　第四章介紹了低溫氨氣氛圍中催化快速熱解纖維素制備吡咯類化合物的研究。設計使用了原位和非原位實驗級快速熱解裝置，結果表明原位γ-Al2O3氨氣氛圍中催化快速熱解纖維素有利于吡咯類化合物的生成。系統地研究了催化劑、反應溫度以及催化劑和原料比對產物分布的影響。探討了在低溫條件下催化快速熱解纖

6、維素制備吡咯類化合物的可能反應路徑。
　　第五章介紹了在氨氣氛圍中催化快速熱解低脂質藻類制備乙腈的研究。以小球藻為原料，利用熱化學催化氨化反應，在Ga/HZSM-5催化劑的作用下實現了高選擇性制備乙腈?？疾炝嗽孱惖娜蠼M分（碳水化合物、蛋白質和脂質）在熱化學催化氨化過程中的轉化路徑。在原料拓展中，Ga/HZSM-5催化劑對多種低脂質微藻和農林廢棄物在氨氣氛圍中催化快速熱解制備乙腈都表現出較好的適用性。
　　第六章對全文進行了