秸秆超(亚)临界水预处理与水解技术

秸秆的资源化特别是乙醇化技术由于其技术可行性和产物高值化受到了广泛关注。预处理与水解是乙醇化的关键过程。目前针对秸秆的转化已经开展了多种化学或生物技术的研究,其中超（亚）临界技术与传统技术相比显示了独特的优势,如更高的反应速率、不需催化剂、无产物抑制等。本文在总结秸秆传统预处理与水解技术的基础上,对秸秆超（亚）临界水预处理与水解的过程和机理,特别是超临界亚临界组合技术的研究现状、工艺及其相关研究的进展进行了综述和分析,并阐述了超临界亚临界组合技术首先在超临界水中打破纤维结构进行初级水解,再通过亚临界反应将初级水解产物低聚糖进一步水解为葡萄糖的基本原理。最后对超（亚）临界技术在秸秆资源化领域的研究和应用前景进行了展望。     

碱木质素超/亚临界乙醇体系解聚机理研究

采用微型高温高压反应釜,在超/亚临界乙醇体系,进行麦草碱木质素的解聚实验,通过扫描电子显微镜(SEM)、气相色谱/质谱联用仪(GC/MS)及红外光谱仪(FT-IR)对解聚产物进行分析,探讨大分子结构的解聚机理。结果表明,碱木质素在乙醇临界点条件(240℃,7.2 MPa)解聚获得最低残焦得率,数值为16.5%。碱木质素在亚临界乙醇体系解聚过程,碱木质素熔融形成直径1.0-2.0μm的微球分散于乙醇中,结构单体间少量醚键和苯环侧链Cα均裂断裂,形成酚类、酯类、酮类和酸类产物;碱木质素在超临界乙醇体系解聚过程,熔融微球直径明显缩小,解聚时发生大量结构单体间醚键、苯环侧链Cα断裂及酯类产物的二次分解反应,解聚产物中酯类产物含量(11.94%)降低,酚类产物得率(52.14%)提高。     

纤维素基超润湿材料在油/水分离应用中的研究进展

本文总结了纤维素基材料在油/水分离方面应用的研究进展。 以不同润湿性表面在油/水分离中的应用为切入点,介绍了3种不同的纤维素基油/水分离材料, 并结合作者所在课题组的研究工作,重点介绍了智能响应型油/水分离材料。 同时也总结了纤维素基超润湿材料在油/水分离之外的应用。 文章最后展望了纤维素基超润湿材料未来的研究方向并提出了亟待解决的问题。     

纤维素超临界水预处理与水解研究

利用超临界水解工艺进行生物质废弃物(秸秆)能源转化, 使其主要成分纤维素在超临界水中快速水解为低聚糖, 为其进一步葡萄糖转化和乙醇发酵解决技术瓶颈. 其中纤维素在超临界水中的溶解是预处理与水解过程的限速步骤. 研究表明, 反应温度达到380 ℃及以上时, 纤维素可迅速溶解并进行水解, 液化比例可达100%; 在374～386 ℃范围内反应温度对纤维素的转化率有明显作用, 低聚糖和六碳糖的总产率在临界点附近出现最大值. 超临界条件下, 低聚糖和六碳糖转化率在较短反应时间内出现峰值, 而后随反应时间的延长快速下降, 固液比对于纤维素的低聚糖和六碳糖转化也有显著影响. 最优水解条件研究显示, 在380 ℃, 40 mg纤维素/2.5 mL水条件下反应16 s可获得最大的低聚糖产率, 为29.3%, 在380 ℃, 80 mg纤维素/2.5 mL水条件下反应18 s可获得最大的六碳糖产率, 为39.2%.     

纤维素水解研究进展

近年来纤维素的有效降解和转化问题已成为制约木质纤维素生物质有效利用的主要瓶颈之一。纤维素降解和转化方法的研究已成为当今科技界的一大研究热点,它对解决当前的资源、能源和环境问题都具有重要意义。将纤维素水解为葡萄糖等糖类物质是纤维素利用的重要途径。本文详细综述了目前有关纤维素水解的各种方法和相关研究进展。     

亚临界水萃取在分析化学中的应用

亚临界水的介电常数ε随温度增加而减少,在250℃时ε值只有27（介于甲醇与乙醇之间）,比常温常压下下水的介电常数ε＝80下降了许多。亚临界水极性的减弱,使它对中极性和非极性有机化合物的溶解度大大增加,可以定量萃取出固体试样中的多环芳烃和多氯联苯化合物。另外,亚临界水也可以作为反相高效液体色谱的洗脱液。     

亚临界水介质回收酸酐固化环氧树脂/碳纤维复合材料

研究了不同添加剂对碳纤维增强酸酐固化环氧树脂复合材料在亚临界水中降解的影响,通过IR、GC-MS等分析,确定了环氧树脂的分解机理主要为酯键的断裂。 结果表明,KOH与苯酚对酸酐固化环氧树脂的分解没有协同效应,碱性物质更有利于酯键的断裂。 甲基四氢邻苯二甲酸酐固化的环氧树脂增强碳纤维复合材料在反应温度为250 ℃、反应时间为60 min、KOH浓度为0.2 mol/L时可完全分解,回收碳纤维的拉伸强度和表面形貌未受影响。     

PCBs的超(亚)临界水催化氧化及还原裂解

简要分析了多氯联苯(PCBs)的来源及其对环境构成的危害,介绍了PCBs在超（亚）临界水中的反应及其处理效果。分别从超临界水氧化、超临界水裂解及亚临界水还原三个方面阐明了超临界反应过程中PCBs降解的反应路径和降解效率,解释了共溶剂（甲醇、苯）、碱催化剂（Na₂CO₃、NaOH）、氧化剂（NaNO₃、NaNO₂）等对PCBs脱氯和分解的增效作用机理。发现在超临界水氧化与超临界水裂解条件下CH3OH对PCBs降解反应的促进机制有所不同,碱催化剂通过中和反应过程中产生的HCl生成NaCl沉淀导致体系中Cl的含量降低,从而促进脱氯反应的进行。对反应器防腐、处理的经济性方面略作讨论,在总结上述研究工作的基础上提出了PCBs的超临界反应处理技术未来发展的若干研究方向。     

亚临界水脱除煤中硫的实验研究

近年来,超临界流体以其独特的性质作为溶剂或反应介质在众多领域得到应用。对于煤在超临界及亚临界水中的行为研究也越来越受到国内外学者的重视,如Kashimura等、Hu等和Cheng等对褐煤在亚临界及超临界水中的降解行为进行了研究。Timpe等报道了水热处理对年轻煤中有机硫及微量元素的脱除行为。     

亚临界水条件下煤中汞的脱除

运用半连续反应装置对山西吴家坪煤中汞在亚临界水中的脱除规律进行了研究。考察了反应温度为290 ℃、320 ℃ 、350 ℃、 380 ℃，反应压力为5 MPa、10 MPa、15 MPa,萃取时间为10 min、30 min、60 min、100 min时对汞脱除率的影响。结果表明，在290 ℃～380 ℃，随着温度升高，汞脱除率明显增加；在5 MPa～15 MPa，压力越大，汞的脱除率也越大；在10 min～100 min，随着萃取时间的延长，汞脱除率增加；在380 ℃, 15 MPa, 1 h，汞的脱除率最大可达96％以上。     

秸秆纤维素的一步快速提取和水解

研究了秸秆纤维素的一步快速提取方法, 在醋酸和硝酸溶液体系中, 选择10种不同的反应条件, 进行了提取条件优选, 然后对提取的纤维素样品分别进行了水解. 结果发现, 纤维素提取的最佳条件为120 ℃, 固液比为1∶25, 在体积分数为80%的醋酸和10%的硝酸混合溶液中反应20 min, 纤维素的产率为38%. 纤维素样品的水解实验发现, 在最佳条件下提取样品的葡萄糖含量都大于90%, 水解率达到94%. 13C NMR和FTIR分析结果表明, 纤维素的分子结构未被破坏, 但纤维素Ⅰβ含量较高, 木质素和半纤维素的去除率都很高, 表明此方法是比较理想的制备高纯度纤维素的方法.     

Optimization of Adiponitrile Hydrolysis in Subcritical Water Using an Orthogonal Array Design

A study of the hydrolysis of adiponitrile (ADN) was performed in subcritical water to research the dependence on experimental conditions. An L₂₅(5⁶) orthogonal array design (OAD) with six factors at five levels using statistical analysis was employed to optimize the experimental conditions for each product in which the interactions between the variables were temporarily neglected. The six factors were adiponitrile concentration (ADN c, wt%), temperature (T), time (t h), percentage of additives (reactant/additive, wt/wt%), additives (A), and pressure (p, MPa). The effects of these parameters were investigated using the analysis of variance (ANOVA) to determine the relationship between experimental conditions and yield levels of different products. The results showed that (ADN c) and T had a significant influence on the yields of adipamide, adipamic acid, and adipic acid at p<0.05. Time was the statistically significant factor for the yield of 5-cyanovalermic acid at p<0.05 and (ADN c) was the significant factor for the yield of 5-cyanovaleramide at p<0.1. Finally, five supplementary experiments were conducted under optimized conditions predicted by the Taguchi method; the results showed that the yield obtained of each product was no lower than that of the highest in the 25 experiments. Carbon balance was calculated to demonstrate the validity of the experimental technique and the reliability of the results. Based on the experimental results, a possible reaction mechanism was proposed.     

复合分子筛催化微晶纤维素水解

采用水热晶化法制备了HY/ZSM-5复合分子筛。通过XRD、SEM、N2-吸附脱附、NH3-TPD及吡啶吸附红外光谱等手段表征催化剂的结构和性质。结果表明,HY与HZSM-5复合后HY型分子筛完全被HZSM-5紧密包裹,形成致密的核壳结构。与机械混合物相比,复合分子筛微孔比表面积及孔体积均有所减少,总酸量略高,弱酸量小,而强酸量大,Br9nsted酸量与之相似,而Lewis酸量有所减少。将所制备的HY/ZSM-5复合分子筛催化剂应用于以离子液体氯化1-乙基-3-甲基咪唑鎓([Emim]Cl)为溶剂的纤维素水解反应中,与HY催化的纤维素水解相比,HY/ZSM-5催化纤维素水解反应获得的最佳葡萄糖收率由28.04%提高到38.78%,葡萄糖选择性由28.91%提高至48.29%。     

钼多金属氧酸盐催化微晶纤维素水解制备葡萄糖的研究

合成了8种基于Mo₈O₂₆的钼多金属氧酸盐,采用红外(FT-IR)和核磁共振(NMR)对其结构进行表征,并将其应用于催化纤维素水解。以离子液体1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐([Amim]Cl)为溶剂进行微晶纤维素(MCC)水解反应,考察催化剂及其用量、反应温度、反应时间等条件对水解反应的影响。研究结果表明,本文所制备的钼多金属氧酸盐对微晶纤维素水解反应均具有较好的催化活性。在微波辅助加热条件下,当催化剂[(CH₃)₄N]₄Mo₈O₂₆用量为10 wt%,在170 ℃反应20 min时,纤维素可完全转化,微晶纤维素TRS和葡萄糖收率最高分别为84.5% 和41.5 %。     

Effect of Adsorption of ZrO2 in Catalysts on the Efficiency of Hydrolysisof Cellulose to Sugar in Aqueous System under Microwave Radiation

Five types of ZrO₂ are used to simply establish an effective aqueous catalytic system with sulfuric acid for the hydrolysis of cellulose to sugar, respectively. By adjusting surface roughness and particle size of ZrO₂, different adsorption is produced. Accordingly, following the thought to inhibit the self‐aggregation nature of cellulose, after the introduction of ZrO₂ with adsorption in catalysts, the efficiency of the hydrolysis of cellulose to sugar is improved. The results show different ZrO₂ can produce different effects during the hydrolysis of the cellulose with relatively low crystallinity. Under the optimal conditions, the conversion of cellulose and TRS yield reaches 95.5% and 93.6%, respectively. Through this research, it reveals the critical point to organize a feasible and useful way for the hydrolysis of cellulose to sugar with high efficiency in an aqueous system. An important theoretical and technical support is also provided for the conversion and utilization of cellulose in the future.     

Theoretical Studies on the Relationship Between the Structure and Property of Cellulose and Nitrocellulose——Nitration Activity and Mechanism

Many derivatives of industrially useful cellulose have hydroxyls of the anhydroglucose(AHG) units uncompletely substituted. Since each AHG unit of a cellulose molecule is a trihydric alcohol,consisted of one primary(position 6) and two secondary hydroxyl groups(positions 2 and 3), the distribution of substituents in these trihydric alcohol units could be different for different derivatives. The     

尿素/己内酰胺/氢氧化钠/水溶剂体系对纤维素的溶解和再生性能

探讨了尿素/己内酰胺/氢氧化钠/水溶剂体系对纤维素的溶解和再生情况.利用正交试验确定了该体系各组分的最佳组成(质量分数):尿素10%,己内酰胺4%,氢氧化钠8%.采用红外光谱(FTIR)、热重失重(TGA)分析和X射线衍射(XRD)等手段对再生前后的纤维素进行了表征.结果表明,该溶剂体系对纤维素具有良好的溶解性能,并且是纤维素的直接溶剂;低温有利于纤维素的溶解;溶解再生后的纤维素晶型发生了变化,热稳定性有所降低.     

水可分散体羧甲基纤维素醋酸丁酸酯结构与性能研究

采用大浴比碱化、醚化与半均相酯化的合成方式,制备出纤维素混合醚酯——羧甲基纤维素醋酸丁酸酯（CMCAB）。利用^1H—NMR、FTIR、XRD、TG和DSC等技术对CMCAB结构与热性能进行分析与表征,并对其溶液表面性能、水分散体流变性能进行了研究。结果表明,CMCAB分子链上亲水性羧基分布均匀;CMCAB结晶度低、热...     

纳米纤维素晶须的表面醋酸酯化改性及复合材料的力学性能

采用硫酸水解法制备纳米纤维素晶须, 再以冰醋酸为分散介质, 浓硫酸为催化剂, 醋酸酐为酯化剂对纳米纤维素晶须进行不同程度醋酸酯化改性, 得到醋酸酯化的纳米纤维素. 采用红外光谱(FTIR)、 X射线光衍射(XRD)、 透射电子显微镜(TEM)和X射线光电子能谱(XPS)等手段对改性产物进行分析和表征. 结果表明, 改性纳米纤维素晶须中醋酸酯基的平均取代度过小或过大时均不适宜用作复合材料的增强相. 当改性纳米纤维素晶须中醋酸酯基的平均取代度为0.05时, 醋酸酯化反应只发生在纳米纤维素晶须的表面. 此时, 晶须能在丙酮中稳定悬浮, 表现出流动双折射现象, 并保持了改性前纳米纤维素晶须的棒状形态和高结晶度. 将这种改性后的纳米纤维素晶须作为增强相与醋酸纤维素通过溶液浇铸法制成纳米复合膜, 结果显示, 与空白醋酸纤维素膜相比, 添加改性纳米纤维素晶须后, 纳米复合膜的拉伸强度、 杨氏模量和断裂伸长率都得到了提高. 在玻璃化转变区间纳米复合膜储能模量的降低幅度小于空白膜.     

邻氨基二苯醚类重氮盐的水解及分子内缩合反应

用邻氨基二苯醚类化合物进行重氮化水解反应制备邻羟基二苯醚类化合物, 对影响氯代邻氨基二苯醚重氮盐水解反应和分子内关环反应的因素进行了系统研究, 讨论了取代基、金属及其离子催化等对两类反应的影响规律, 揭示了在金属离子催化下, 邻氨基二苯醚类化合物重氮盐发生分子内关环反应的规律, 并推测了反应机理.