基于离子液体的农林生物质组分分离及催化转化研究

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1、万方数据学校代码：10225学号：B15036学位论文基于离子液体的农林生物质组分分离及催化转化研究指导教师姓名：申请学位级别：论文提交日期：授予学位单位：程芳超胡英成教授博士2015年3月东北林业大学学科专业：木材科学与技术论文答辩。日期：2015年6月授予学位日期：2015年6月答辩委员会主席：论文评阅人：畚j厶栉素大学万方数据UniversityCode：10225RegisterCode：B15036／煳．．．．．．．．．．．．．．,,,,,嬲ml!IIIIIIIlllIllll缈llllrJYZ993094”Disse

2、rtationfortheDegreeofDoctorFractionationandCatalyticConversionofAgriculturalandForestryBiomassBasedonIonicLiquidsCandidate：Supervisor：AssociateSupervisor：AcademicDegreeAppliedfor：Speciality：DateofOraIExamination：University：FangchaoChengProf．YingchengHuDOctorWoodScien

3、ceandTechnologyJune，2015NortheastForestry万方数据摘要为解决化石能源日渐枯竭所带来的能源危机，人们一致将目光投注到了生物质资源这一绿色、可再生的领域上。生物质原料储量丰富，且具有可再生和可生物降解的优良特性，如果能够对其进行有效利用，将极大缓解全球的能源危机。然而，生物质原料固有的天然性质使其各组分间相互交织成聚合物网络，具有极强的顽抗特性。因此，对生物质原料进行有效的组分分离，将其三种主要的组分分离开来，制备高性能材料，转化为能源或高附加值的化学品，对解决当前的能源危机及化学品原材料匮乏

4、等具有积极意义。本论文以离子液体进行生物质处理为主线，分别利用离子液体作为生物质选择性溶解型溶剂、生物质全溶型溶剂和催化剂，探索了基于离子液体的不同溶剂体系中生物质原料的组分分离与催化转化特性。首先，合成了以动物生物质与有机酸、氨基酸为原料的具有生物相容性和可生物降解性的生物质基离子液体，并利用其进行了生物质原料的选择性组分分离。其次，利用全溶型的离子液体为溶剂，以多金属氧酸盐为催化剂，完全溶解生物质原料，同时进行其组分分离与选择性催化转化。最后，采用酸性离子液体为催化剂，以不同的醇．水体系为溶剂选择性抽提生物质原料中的木质素组

5、分，并利用丙三醇．酸性离子液体体系进行了木质素的催化降解处理。本论文的主要研究内容及结论如下：(1)利用动物生物质胆碱与醋酸、丙氨酸、甘氨酸等有机酸或氨基酸为原料制备了价格低廉、可生物降解的醋酸胆碱、丙氨酸胆碱、甘氨酸胆碱等三种生物质基离子液体。通过表征确认了三种离子液体的形成，证明了所得离子液体均具有较高的纯度。生物聚合物溶解实验表明，三种离子液体均不能溶解微晶纤维素，醋酸胆碱离子液体能够选择性溶解半纤维素和木质素，且不会对其化学结构产生较大的影响。(2)利用醋酸胆碱离子液体处理蔗渣和北美黄松两种农林生物质原料，对其进行了组分

6、分离，探索了不同加热方式、分离方法对富纤维素材料(c蹦)得率、半纤维素和木质素得率、所得材料木质素含量、组分损失等的影响，表征分析了分离得到的各生物质组分的化学结构，又对分离得到的CRM进行了进一步处理考察其易处理性。结果表明，醋酸胆碱能够选择性溶解蔗渣和北美黄松粉末中的的半纤维素和木质素(溶解总量分别为蔗渣和北美黄松原料质量的37．4％和25．8％)，而保持纤维素的完整结构不受影响，最终以CRM的形式从离子液体溶液中分离出来。微波加热方法的溶解效率及去木质素作用均低于常规加热方法。相比于离心分离方法，加水抽滤方法更具操作性，分

7、离效率也更高。超声处理能够有效的提高半纤维素和木质素的分离效率，有利于得到纯度较高的半纤维素。经表征确认，醋酸胆碱处理获得的蔗渣半纤维素样品的主要化学组分为木聚糖，所得的蔗渣木质素的化学结构与磨木木质素较为相似，且分离木质素中以紫丁香基结构(S)单元居多，愈疮木基(G)和对羟苯基(H)结构较少，S／G比值为万方数据摘要2．04。分析发现，醋酸胆碱处理过程中，纤维素的结晶结构未受到明显的影响。经醋酸胆碱处理所得的CRM比生物质原料容易进行处理的多，在1．乙基一3．甲基咪唑醋酸盐([c2mim][OAc])00的全溶时间由17．45

8、h缩短到7-27h，经[Czmim][OAc]溶解和分离后，可以进一步脱除部分木质素，降低其木质素含量。(3)利用[c2IIlirn][OAc]和多金属氧酸盐催化剂([PV2Mol0040r)在110。C并通入氧气条件下处理北美黄松粉末6h可以将其完全溶解，并脱