农作物秸秆解聚研究

农作物秸秆是重要的生物质资源.本文从我国建立资源节约和环境友好社会目标的角度,论述了农作物秸秆高效利用的重要性和研究农作物秸秆解聚对开发农作物秸秆高效利用的新工艺的重要意义.介绍了农作物秸秆解聚的典型工艺及解聚产物组成分析和利用研究的进展,预测了农作物秸秆解聚研究的发展方向.     

农作物秸秆解聚研究

农作物秸秆是重要的生物质资源。本文从我国建立资源节约和环境友好社会目标的角度,论述了农作物秸秆高效利用的重要性和研究农作物秸秆解聚对开发农作物秸秆高效利用的新工艺的重要意义。介绍了农作物秸秆解聚的典型工艺及解聚产物组成分析和利用研究的进展,预测了农作物秸秆解聚研究的发展方向。     

秸秆材料的改性及其在水处理中的应用研究

当前水体污染问题日趋严重,寻求高效、环保,且成本低廉的水处理剂一直以来是水处理技术研究中的重要方向之一.秸秆是一类农作物废弃物,材料中富含纤维素和木质素等天然高分子,来源十分广泛,且是一类可再生资源.然而目前过剩的秸秆材料大多仍是通过焚烧处理,这不仅给大气环境带来危害.还造成资源的极大浪费.将秸秆材料通过适当的处理和改性,作为水处理剂,应用于污水处理中,无疑具有重要的现实意义和经济价值.本文详细综述了近年来国内外就秸秆材料的改性处理方法及其在水处理中的应用研究情况.     

碱解聚对玉米秸秆的影响

以玉米秸秆为研究对象,氢氧化钠为解聚剂,研究了碱解聚前后玉米秸秆组份、表面形态、化学官能团和纤维结晶度的变化。结果表明:玉米秸秆中木质素的主要组成单体是H-木质素,解聚液中的酚类物质有4-羟基苯甲醛、香草醛、紫丁香醛、对香豆酸和阿魏酸。玉米秸秆经碱解聚,表面形态变得疏松而多孔,红外光谱下木质素的特征吸收峰消失,85%的木质素和52%的半纤维素被脱除,而纤维素的相对含量增加,结晶度增大。说明碱解聚有利于后续酶解和(或)其它生化方法的实施,以实现秸秆纤维的高值转化。     

农作物秸秆红外指纹图谱双指标序列分析

采用傅立叶红外光谱技术研究了不同地区、不同种类农作物秸秆的红外指纹图谱,对其谱带归属进行了判别分析;并利用共有峰率和变异峰率双指标序列法对农作物秸秆样品进行分析鉴别。结果表明:同种农作物秸秆化学成分相似,不同农作物秸秆化学成分差异较大,其中花生秆与其他农作物秸秆化学成分差异最大。     

酸碱解聚玉米秸秆分子结构的实验研究

以玉米秸秆为研究对象,分别采用5%H2SO4和5%NaOH溶液对秸秆进行解聚处理,并对解聚前后秸秆结构、化学组成、热稳定性等进行分析和表征。结果表明,与未处理前相比,经酸或碱解聚处理后,秸秆纤维结晶度由51.8%分别提高到63.5%和67.0%,秸秆中大部分半纤维素和部分木质素组分被脱除,半纤维素由29.10%分别降至7.02%和6.86%,木质素由38.12%分别降至32.21%和16.52%,而纤维素则由31.54%分别升至60.54%和76.15%。经酸碱处理后,秸秆表面形态结构变得疏松,出现小孔和裂缝,降解温度达到350℃,热稳定性能增加。上述结果说明,稀酸或稀碱均对玉米秸秆分子结构有一定程度的解聚作用,但就解聚溶出木质素而言,稀碱的解聚溶出效果要优于稀酸的。     

秸秆资源循环经济利用模式——纸浆与肥料联产的清洁生产技术体系

本文对我国秸秆资源利用和肥料使用现状、清洁制浆技术的进展进行了较为详细的论述,介绍了纸浆与肥料联产的循环经济利用模式的内容和发展前景.该模式采用熔态水解法自制氢氧化钾并联产磷肥以降低原料成本,用氢氧化钾对秸秆进行蒸煮得到纸浆,通过用含钾黑液来制备液体肥料、固体有机肥料和灌溉水,使黑液全部得到资源化利用而实现系统内无污染物排放.秸秆资源来源于农业,所加工的肥料又服务于种植业,同时又生产了造纸工业急需的纸浆,因而采用这种肥料与纸浆联产的技术体系是实现秸秆资源清洁、高效和经济利用的有效途径.     

秸秆资源循环经济利用模式——纸浆与肥料联产的清洁生产技术体系

本文对我国秸秆资源利用和肥料使用现状、清洁制浆技术的进展进行了较为详细的论述,介绍了纸浆与肥料联产的循环经济利用模式的内容和发展前景.该模式采用熔态水解法自制氢氧化钾并联产磷肥以降低原料成本,用氢氧化钾对秸秆进行蒸煮得到纸浆,通过用含钾黑液来制备液体肥料、固体有机肥料和灌溉水,使黑液全部得到资源化利用而实现系统内无污染物排放.秸秆资源来源于农业,所加工的肥料又服务于种植业,同时又生产了造纸工业急需的纸浆,因而采用这种肥料与纸浆联产的技术体系是实现秸秆资源清洁、高效和经济利用的有效途径.     

电催化氧化木质素解聚:温和高效的生物质增值策略（英文）

木质素是一种天然可再生芳香族聚合物,通过催化反应过程可实现其解聚制备芳香族化学品,其高附加值转化对实现生物燃料、精细化学品和大宗化学品的绿色生产具有重要意义.其中,电催化氧化解聚为木质素的高值化利用提供了一种高效节能途径.凭借电催化过程中电位或电流易于调节的特性,可实现产物的选择性和反应物转化率的有效调控.但实现木质素的可控降解,首先需对其解聚机理充分了解掌握.其中,由催化剂、电解质和催化反应池等组成的电催化系统均需合理设计.本文以木质素解聚过程中C—C键和C—O键的断裂机理为基础,综合评述了近年来木质素及其模型化合物在电催化氧化制备芳香族单体过程中不同的断键机制,总结了自由基中间体在C—O和C—C键的高选择性断裂中发挥的决定作用.最后,展望了电催化木质素解聚的发展前景以及面临的挑战.     

秸秆资源循环经济利用模式——纸浆与肥料联产的清洁生产技术体系

本文对我国秸秆资源利用和肥料使用现状、清洁制浆技术的进展进行了较为详细的论述,介绍了纸浆与肥料联产的循环经济利用模式的内容和发展前景。该模式采用熔态水解法自制氢氧化钾并联产磷肥以降低原料成本,用氢氧化钾对秸秆进行蒸煮得到纸浆,通过用含钾黑液来制备液体肥料、固体有机肥料和灌溉水,使黑液全部得到资源化利用而实现系统内无污染物排放。秸秆资源来源于农业,所加工的肥料又服务于种植业,同时又生产了造纸工业急需的纸浆,因而采用这种肥料与纸浆联产的技术体系是实现秸秆资源清洁、高效和经济利用的有效途径。     

提升化学本科生科学思维与逻辑的科研实践

利用学校化学人才培养基地为本科生搭建的科研训练平台,引导和训练大学生在科研项目＂我国东南地区主要秸秆物性分析与评价＂中正确开展科学研究与创新活动,并对获得的结果展开分析与讨论。学生通过独立开展文献查阅、实验方案设计、实验结果分析等工作,研究获得了福建地区不同地理与气候等生态条件对水稻秸秆组分含量的分布特性及差异可能带来的影响,这一结果为水稻秸秆资源的分布、组分特性及今后的高效利用提供了科学依据与评价。     

基于单体设计的可回收高分子研究进展

现代社会的发展越来越依赖高分子材料, 但其大量使用后不当处置不仅造成资源浪费, 更造成严重的生态环境问题. 将废弃高分子材料解聚回单体, 然后通过聚合反应重新生成与解聚之前等值的高分子材料, 实现高分子材料循环利用被认为是解决上述问题的重要手段之一. 近年来, 通过单体设计发展“理想单体”从而调节“聚合—解聚”平衡, 实现温和条件下高分子材料闭环回收的策略取得了长足进展. 本文将从闭环回收聚酯、聚碳酸酯、含硫聚合物、聚环状烯烃等方面进行综述, 并对该领域的挑战和未来发展方向进行简要讨论.     

废轮胎和天然橡胶在超临界甲苯中的解聚研究

在300 ℃～360 ℃、3.7 Mpa～7.0 Mpa、反应20 min～90 min、投料比(甲苯与废轮胎或天然橡胶的质量比)5.0～10.0下,分别研究了废轮胎和天然橡胶在超临界甲苯中的解聚,着重考察了解聚率与反应条件的关系、以及解聚产物分布.在临界点附近,解聚率随温度、压力升高而增加;高于临界压力后,压力对解聚率的影响减弱.解聚产物主要为液相物和固相物,液相产物用色质联谱(GC/MS)分析表明,以芳香烃和烯烃类为主,且分子量大多小于300;固相产物经分析以碳黑为主.废轮胎和天然橡胶的解聚产物大部分是相似的,天然橡胶可以完全解聚,在同样条件下废轮胎解聚率低于天然橡胶.超临界甲苯在反应中对实验样品不仅起到溶胀和溶解作用,同时也参与了解聚反应.研究结果为选择解聚介质和操作参数提供了依据.     

纤维素二聚体模型物热裂解的热力学性质研究

纤维素是生产生物质燃料,精细化工品的重要原料. 热解是由纤维素解聚的重要手段之一. 了解纤维素热解的反应机理对发展高效的生物质转化技术具有重要意义. 我们利用密度泛函理论方法,以纤维素二聚体为模型,详细研究了其发生键均裂过程的热力学能量变化. 发现糖苷键和侧链C—C键的均裂相对于C—OH键和O—H键均裂在热力学上更优. 此外,我们发现不同物种的热力学稳定性与其在纤维素快速热解实验产物中的比例无关. 最后我们发现温度对反应能否自发发生具有重要的影响,为通过调节温度来改变不同类型反应的选择性提供了一条思路.     

废旧聚酯（PET）的化学循环利用

废旧PET 聚酯可通过化学解聚来实现其循环利用。本文总结了废旧PET 聚酯化学循环利用领域的研究现状, 介绍了目前国内外开发的主要化学解聚工艺方法, 包括水解法、甲醇解聚法、乙二醇解聚法等, 同时对各种工艺过程的优缺点进行了综合比较。     

电催化木质素升级转化成高附加值化学品和燃料的研究进展

为节能减排和能源结构调整以快速实现"碳中和",发展可再生、清洁与绿色的能源以替代传统化石能源已成为当今世界高质量发展的重要共识.生物质能作为一种典型的可再生能源,具有储量丰富、分布广泛、可有效转化成各种化工原料和燃料等特点逐步受到广泛关注并成为科研热点.木质素是生物质的重要组成部分,其含氧量低、热值高,可转化成高热值燃料;同时,木质素富含芳香结构单元,可以转化成各类高附加值化工原料及医药中间体.木质素解聚及其对应单体升级转化是木质素高效转化利用的关键技术.当前,传统热催化是其主要应用技术手段.然而,该类方法常在高温高压下进行,需消耗大量能源及众多繁琐操作步骤,不易规模化生产.相对而言,电催化技术能实现常温常压的木质素解聚及对应单体的升级转化,采用由可再生能源(例如风能、太阳能等)获得的清洁电力,则能实现完全绿色可持续生产,对未来经济社会的发展及"碳中和"的目标具有重大意义.本文综述了近年来电催化技术在木质素升级转化成高附加值燃料和化学品方面的应用,尤其是在木质素解聚及其对应单体于水溶液相关电解质中升级转化方面的应用.(1)针对总体研究背景进行了概述,总结了木质素研究的重要意义并概括了当前木质素研究的主要思路,并简单介绍了木质素结构单元及连接键等基本性质;(2)针对电催化技术在木质素应用方面进行了总结,包括反应类型和反应路径等;(3)总结了木质素常用的几种典型表征技术手段,如GC-MS、NMR、IR等;(4)总结了电催化木质素解聚及其单体升级转化研究现状,对电催化木质素解聚应用中木质素前体类型、电解质种类和电还原/氧化催化剂进行了详细介绍及客观评价,并对几种代表性单体的电催化加氢反应及氧化反应做了详细评述.在此基础上展望了电催化技术在木质素升级转化中的应用前景,指出了当前电催化技术在木质素升级转化应用中存在的实际问题,提出了电催化技术在木质素升级转化中的发展方向.     

超高效聚合物凝胶色谱法快速研究酸催化木质素解聚产物

该文以温和酸催化条件下的木质素磺酸盐解聚产物为研究对象，建立系统分离和分析测试木质素磺酸盐解聚后获得的低分子酚类产物的方法。选用4根油溶性的ACQUITY APC XT小孔径刚性填料色谱柱串联，在高分辨紫外检测器条件下，采用超高效凝胶渗透色谱（APC）对解聚产物实现了高效分离，获得了高灵敏度的木质素基酚类产物的相对分子质量及其分布色谱信息。探讨了反应温度、时间和催化剂浓度等对酸催化木质素磺酸盐解聚行为的影响，结果表明，对于木酚比（木质素：苯酚）为25%（质量分数）的木质素磺酸盐解聚体系，在催化剂和木质素物质的量比为2.334、130℃酸催化反应60 min时，获得了解聚效率高达80%以上的木质素基酚类产物，解聚获得的产物相对峰高分子质量（M_p）组成均分布在720、490和260 Da 3个低聚物区间，均具有很窄的分子质量分布指数（接近1）。由此可以初步推断，木质素磺酸盐在该研究采用的温和酸催化条件下，催化反应机理不受反应时间、温度以及催化剂浓度的影响，具有特定的解聚途径。     

氧化锌催化木质素选择性解聚制备对香豆酸甲酯

木质素是自然界中含量最丰富的芳香族可再生碳资源,具有极高的利用价值。针对当前木质素解聚技术存在反应条件苛刻、产物选择性低等难题,构建了一种廉价的金属氧化物催化剂体系,研究了草本木质素选择性解聚制备对香豆酸甲酯的性能。考察了不同金属氧化物、反应温度、反应时间以及溶剂等因素对于对香豆酸酯收率和选择性的影响。研究结果表明,金属氧化物ZnO对于草本木质素选择性解聚制备对香豆酸甲酯的过程具有最佳的催化活性。在优化的反应条件下,可获得9.8%的对香豆酸甲酯收率和61.6%的选择性;通过对木质素解聚产物的分析并结合反应前后木质素的傅里叶红外光谱（FT-IR）和二维核磁（2D HSQC NMR）表征结果发现,木质素分子中H结构单元的选择性断裂是其催化解聚过程中对香豆酸甲酯收率和选择性高的主要原因。     

分子结构对丙烯酸酯类单体接枝LLDPE影响的研究

利用HAAKE密炼机对比研究了甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)、甲基丙烯酸羟丙酯(HPMA)、甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)、甲基丙烯酸乙酯(EMA)、甲基丙烯酸甲酯(MMA)以及丙烯酸羟乙酯(HEA)等具有不同分子结构的丙烯酸酯类单体对线性低密度聚乙烯(LLDPE)的接枝反应.通过对不同温度下不同反应时间的产物接枝率的测定,发现丙烯酸酯类单体接枝聚烯烃过程中均存在解聚现象.开始发生解聚现象的温度,也即解聚温度(ceiling temperature,Tc),与单体分子结构有关.讨论了位阻效应和特殊基团(如羟基等)相互作用对解聚温度的影响,并通过丙烯酸酯类单体的溶液聚合反应确认了不同丙烯酸酯类单体的解聚温度范围.讨论了添加苯乙烯(St)作为助单体对不同丙烯酸酯类单体接枝率的影响,并结合Q-e法则和竞聚率对其进行了解释.     

热重法测定水解聚丙烯酰胺的水解度

本文研究了利用热重法测定水解聚丙烯酰胺的水解度.测定结果与定氮法和电位滴定法作了比较,发现此法较后两种方法准确、简便.