沸石分子篩孔結(jié)構(gòu)及酸性對催化纖維素水解作用的研究.pdf

1、隨著煤、石油、天然氣等化石資源的日趨枯竭，以及由化石燃料使用所造成的環(huán)境問題日趨嚴(yán)重，開發(fā)新的清潔可替代性資源，已經(jīng)成為全世界所面臨的重大課題。生物質(zhì)具有年產(chǎn)量高、可再生性等優(yōu)點，是替代化石資源較理想的選擇。纖維素是木質(zhì)纖維生物質(zhì)的主要組成成分，纖維素的水解產(chǎn)物葡萄糖，是一種重要的化工原料，由它可以進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為生物燃料和高附加值化學(xué)品。因此，纖維素水解制葡萄糖是木質(zhì)纖維生物質(zhì)轉(zhuǎn)化利用替代化石資源的關(guān)鍵。
　　纖維素的水解為酸催化過

2、程，選擇合適的酸催化劑是纖維素有效水解的關(guān)鍵。沸石分子篩是一種廣泛應(yīng)用于石油化工中的微孔材料。它具有酸性強(qiáng)、良好的水熱穩(wěn)定性、無毒性及較易從溶液中回收等優(yōu)點。分子篩在纖維素水解反應(yīng)中受到了越來越多關(guān)注。
　　由于纖維素分子尺寸大，難以直接進(jìn)入分子篩的微孔。本論文首先以HUSY分子篩為研究對象，通過草酸處理HUSY引入介孔，制備出多級孔HUSY分子篩，以改善傳質(zhì)效果;然后在多級孔HUSY分子篩表面嫁接磺酸基團(tuán)，制備出磺酸化多級孔HU

3、SY分子篩，以提高分子篩的酸性。并對制備的磺酸化多級孔HUSY分子篩孔結(jié)構(gòu)、酸性及元素組成進(jìn)行分析。反應(yīng)結(jié)果表明，磺酸化多級孔HUSY分子篩的催化纖維素水解的性能明顯優(yōu)于HUSY和多級孔HUSY，說明分子篩的酸性和孔結(jié)構(gòu)是決定其催化水解性能的兩個關(guān)鍵因素。
　　多級孔沸石分子篩催化纖維素水解主要分兩個過程進(jìn)行:(1)纖維素在分子篩外表面、中孔和大孔的活性位上被水解為低聚糖;(2)低聚糖擴(kuò)散到微孔中被進(jìn)一步水解為葡萄糖。分子篩中孔和

4、大孔的增多有利于提高纖維素水解至低聚糖的過程，從而提高分子篩的活性。但對于沸石分子篩的微孔結(jié)構(gòu)和酸性在低聚糖水解中的作用，目前仍不清楚。理解分子篩微孔結(jié)構(gòu)和酸性在低聚糖水解中的作用可以為設(shè)計更有效的生物質(zhì)水解催化劑提供幫助。
　　論文進(jìn)一步考察了分子篩的微孔結(jié)構(gòu)及酸性對纖維二糖水解反應(yīng)的影響。結(jié)果表明，分子篩強(qiáng)B酸位是其催化水解的活性位，而弱的B酸位不能使纖維二糖水解;L酸位使生成的葡萄糖異構(gòu)化，造成葡萄糖選擇性下降。對分子篩催化