碳基固體酸催化纖維素水解研究.pdf

1、人類的生產(chǎn)生活離不開(kāi)能源的利用，隨著傳統(tǒng)能源化石燃料的日益枯竭和一系列環(huán)境問(wèn)題的突顯，開(kāi)發(fā)利用清潔能源迫在眉睫。生物質(zhì)作為全球第四大能源備受關(guān)注，通過(guò)化學(xué)手段轉(zhuǎn)化成綠色平臺(tái)化合物是生物質(zhì)能利用的有效途徑。纖維素轉(zhuǎn)化成平臺(tái)化合物的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一是纖維素糖化獲得葡萄糖。一般工業(yè)生產(chǎn)上采用液體酸來(lái)催化纖維素水解，但使用液體酸會(huì)污染環(huán)境、腐蝕設(shè)備且難與產(chǎn)物分離，回收重復(fù)利用困難，而固體酸可以解決上述難題。當(dāng)前固體酸研究主要集中在H-型沸石、陽(yáng)離子

2、交換樹(shù)脂、中孔過(guò)渡態(tài)金屬氧化物、雜多酸等，但存在催化效率低、熱穩(wěn)定差、可控制備不易實(shí)現(xiàn)和回收率低等問(wèn)題?；诖?，需要制備新型的高效固體酸催化劑催化纖維素水解。
　　論文采用活性炭和多壁碳納米管為載體，通過(guò)炭化磺化等手段制備碳基固體酸催化劑，并對(duì)固體酸的結(jié)構(gòu)性能進(jìn)行分析，對(duì)不同條件下催化微晶纖維素水解時(shí)葡萄糖產(chǎn)率問(wèn)題進(jìn)行優(yōu)化。
　　以濃硫酸為溶劑將活性炭和多壁碳納米管在150℃下磺化6h制備活性炭基固體酸和碳納米管基固體酸，它

3、們均為含有磺酸基、羧基和羥基的不定型結(jié)構(gòu)。在120℃，水解時(shí)間3h，催化劑0.15g時(shí)，葡萄糖的最佳產(chǎn)率為17.52％和14.78％。為提高催化效率對(duì)兩種固體酸改造，分別用葡萄糖包覆活性炭和碳納米管后，在400℃下熱解炭化，然后磺酸化，制備出活性炭沉積固體酸和碳管原位碳沉積固體酸。對(duì)水解條件優(yōu)化，碳管原位碳沉積固體酸在120℃、水解3h、催化劑0.15g時(shí)葡萄糖產(chǎn)率最高為29.12％，遠(yuǎn)高于活性炭沉積固體酸的最佳產(chǎn)率16.74％。

4、>　　為了更好的分離回收碳管原位碳沉積固體酸，在其內(nèi)部填充Fe3O4納米粒子，制備出磁性原位碳沉積固體酸。對(duì)制備的固體酸采用X射線衍射儀、物理吸附儀、X射線光電子能譜儀、掃描電鏡、高倍透射電鏡以及能譜分析、傅里葉紅外光譜儀和拉曼光譜等進(jìn)行表征分析。結(jié)果顯示催化劑為無(wú)定型結(jié)構(gòu)，比表面積高，具有Fe3O4納米顆粒，并且催化劑引入了磺酸基、羧基和羥基。在120℃水解3h加入0.15g催化劑時(shí)纖維素水解葡萄糖產(chǎn)率最佳為28.38％。對(duì)固體酸的重