路易斯酸/硫醇体系在木质素降解中的应用

在Lewis酸AlCl_3和亲核试剂EtSH的协同作用下,实现了木质素模型化合物中C—O键的断裂及产物中C—S键的形成,生成硫功能化的芳香二硫缩醛单体和苯酚类化合物.我们成功地将该体系应用于氧化的松木木质素降解中,反应后,氧化松木木质素的相对分子质量明显下降.本文为木质素降解增值得到硫功能化芳香族化合物提供了一种可行的方法.     

催化氧化降解木质素的研究进展

本文从所用催化剂、反应条件、反应机理等几个方面综述了木质素催化氧化降解方面的研究,着重介绍了以O_2和H_2O_2为氧化剂的金属为催化中心的氧化降解,例如,金属有机催化氧化、金属/溴化物催化氧化、金属配合物催化氧化、金属复合氧化体系和钛矿型复合氧化物催化氧化、金属/分子筛催化氧化和以自身为氧化剂的催化氧化等,以及无金属催化氧化降解、微波辅助氧化降解、光催化氧化降解和电化学氧化降解。     

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.     

纳米氧化铈在催化氧化木质素制备芳香化合物中的应用研究

木质素是自然界中唯一大规模可再生的含芳环聚合物.通过催化氧化的方法,定向解聚木质素得到芳香类化合物,具有非常重要的价值.近年来,氧化铈作为载体在木质素的多相催化氧化反应中表现较好性能.然而,对于氧化铈直接作为催化剂,并探讨其纳米结构与性能之间的研究未见报道.研究结果表明:纳米氧化铈直接作为催化剂时,对于木质素的催化氧化反应具有较好的性能,顺序为氧化铈纳米八面体纳米四方体纳米球纳米棒.纳米八面体表现出最优的催化性能,以其作为催化剂,对乙醇木质素进行催化氧化,得到了大量芳香酸及其酯类化合物.     

木质素超临界溶剂降解反应及其在酚醛树脂合成中的应用

天然大分子木质素在超临界乙醇-甲酸介质中可以有效地降解为酚类化合物.超临界乙醇为木质素提供了理想的反应介质,甲酸热分解原位产生的氢作为木质素裂解自由基封端剂有效促进了降解向小分子转化;过渡金属盐可以催化降解反应.木质素超临界降解机理为自由基反应,在还原状态下氢可以对木质素自由基封端从而得到小分子化合物.木质素理想的超临...     

离子液体中催化解聚木质素研究现状

木质素是木质纤维素的重要组成部分,在木质纤维素中的含量达15%～35%,仅次于纤维素.木质素是一种具有无定形复杂结构的高分子芳香聚合物,由三种苯丙烷类单体芥子醇、松柏醇和p-香豆醇的酶促脱氢聚合产生.离子液体(ILs)作为一种功能化介质具有高沸点、难挥发、可设计性等特质,对木质素具有较好的溶解能力,这对木质素转化过程中的均相化意义重大.因此,离子液体中催化转化木质素为高附加值化学品的研究越来越受关注.本文综述了离子液体作为溶剂和催化剂将木质素或木质素模型化合物有效转化为增值芳香化合物的相关研究,分析并展望了该领域面临的挑战和机遇.     

催化一步转化木质素单体为苯酚:建立木质素到高附加值化学品的通道（英文）

木质素是地球上产量最大的芳香类有机高分子,其有效转化利用在近年来备受关注.催化降解木质素制备酚类单体在过去十年取得了长足进步,目前已开发出氢解、水解、热解、氧化、光解等一系列方法.通过加氢脱氧法可以将木质素的降解产物转化为烃类燃料,但该过程耗氢量大,并且芳香环在加氢气氛下被破坏.另一个可能的应用是将木质素衍生物进一步转化为高附加值的芳香族化合物,但解聚产物成分复杂,成为木质素高效转化为单一高附加值化学品的瓶颈.在加氢条件下,木质素解聚产物主要为酚类混合物,多在羟基临位带有一至两个甲氧基,并在对位带有C2或C3的取代基(多为烷基).针对这一结构特点,我们设计了新反应路径,通过分别去除甲氧基和烷基得到苯酚.该过程保留了苯酚的基本结构而将其他取代基去除,原理上可以有效的将木质素降解的混合物转化为单一产物苯酚.通过催化剂的筛选和优化,Pt/C催化剂对脱甲氧基显示出最好的活性和选择性,在400°C,常压下脱除效率80%.在流动气氛下连续工作4 h,Pt/C催化剂无失活迹象.H-ZSM-5为最有效的脱烷基催化剂,最优效率83%左右.H-ZSM-5在反应过程中逐渐失活.通过热重差热及红外光谱分析,失活主要原因为积碳.在400°C空气中煅烧后,催化剂可以再生.通过简单的物理混合,Pt/C和H-ZSM-5一步将木质素单体转化为60%的苯酚,显示了该方法直接转化木质素到高附加值苯酚的巨大潜力.这是同时将木质素中甲氧基、烷基选择性脱除的首例报道.经过估算,从原生木质素出发,通过加氢解聚,耦合本文开发的一步脱甲氧基、烷基路径,可将木质素转化为约25%的苯酚.木质素中的甲氧基、烷基将分别转化为甲醇和烯烃,提高了木质素碳资源的利用效率.     

木质素酶及其化学模拟的研究进展

木质素酶（包括木质素过氧化物酶和锰木质素过氧化物酶）及其模拟物对木质素的催化降解是绿色化学的一个重要研究课题。本文综述了近年来有关木质素酶的分子结构，活性中心结构、催化木质降解机理及模型物的研究进展。     

微波辅助高效降解木质素转化酚类化合物的研究进展

木质素作为自然界中丰富的可再生芳香族聚合物,可用于生产高附价值的酚类化合物,木质素降解已引起了各界越来越广泛的兴趣,为了高效降解木质素以获得酚类化合物更高得率,各种技术被广泛运用在木质素降解的研究中,其中微波辅助高效降解技术因更具优势而备受关注,微波降解木质素具有环境友好、高效快速、节能省电、易控制、安全、选择性强等特点。为了解微波辅助高效降解木质素转化酚类化合物的现状,并预测未来发展方向,本文在综述其研究进展的基础上,着重回顾了微波辅助高效降解技术的机理、特点及优势,考察了微波辅助条件下不同催化剂高效降解木质素的效果,介绍了微波辅助高效降解与其他物质偶联降解木质素的方法以及效果,同时综述了降解产物的分离检测方法、特点以及优势与应用前景,最后以此为依据,展望微波辅助高效降解木质素转化绿色化学品研究的未来发展方向。     

氧化锰催化氧化甲醛的研究进展

甲醛是一种常见的室内污染物,严重威胁着人类的身体健康。氧化锰催化氧化甲醛是近年来发展起来的一种有效治理甲醛的方法,具有价廉、有效和环保的特点。本文从氧化锰催化氧化甲醛的机理、影响其催化效率的因素及氧化锰催化剂的改性研究等方面综述了利用纳米氧化锰催化降解甲醛的研究进展,并展望了纳米氧化锰材料催化降解甲醛的发展方向和应用前景。     

非贵金属催化剂在羟甲基糠醛电氧化增值中的应用

羟甲基糠醛是呋喃类化合物,具有价格低廉及来源广泛的优点,可作为平台化合物用于制备其它高附加值产品.传统的热催化氧化增值方法需要高温、高压及贵金属催化剂,造成经济效益的下降.而电氧化方法不需要高温、高压条件;同时,通过对电催化剂的合理设计,非贵金属催化剂表面的羟甲基糠醛选择性转化已经得以实现,从而避免使用大量贵金属.因此,通过电氧化方法对羟甲基糠醛平台化合物进行高附加值转化受到了广泛关注.在羟甲基糠醛氧化的多种产物中,羟基和醛基被全部氧化为羧基的产物——2,5-呋喃二甲酸,被美国能源部列为“最具有价值的12种生物质衍生化学品”之一.鉴于此,本文介绍了羟甲基糠醛电氧化增值生产2,5-呋喃二甲酸的重要研究价值及相关非贵金属电催化剂的最新进展,并对催化羟甲基糠醛电氧化反应的非贵金属催化剂的发展前景进行了展望.     

以乙酸为模型反应物的Ti-Ce复合氧化物湿式氧化催化剂的研制

催化湿式氧化(catalytic wet air oxidation, CWAO)为高浓度难降解有机废水提供了一种有效可行的处理技术[1～8],它可使难降解有机物分子在相对较低的反应温与压力下降解矿化或生成易生物处理的小分子有机物.     

碳酸氢盐活化的过氧化氢:一种有机废水处理的新技术（英文）

水污染问题已成为影响我国可持续发展的关键问题之一,为有效提高现有污水处理的效率及其回收利用,各种催化氧化技术受到了广泛的关注.目前发展的各类高级氧化技术在实际的应用过程中明显受到了氧化剂的利用率、催化剂的浸出、寿命及成本等问题的严重限制.因此基于新的理念、发展新的催化氧化技术仍然受到广泛的关注.最近几年,利用碳酸氢盐活化过氧化氢,应用于有机废水的降解逐渐受到环境催化领域的关注.碳酸氢盐本身是一种低毒性、广泛存在于环境及生物体系的化学物质,通过它活化过氧化氢产生过碳酸氢盐氧化剂,该氧化剂能够直接氧化有机物.同时,在各种过渡金属催化剂的存在下,通过该过碳酸氢盐可以形成氧化能力更强的各种自由基(如羟基自由基等)及高价态的过渡金属离子参与有机废水的降解.虽然传统认为碳酸盐及碳酸氢盐对高级氧化法降解有机废水不利,原因是认为它们能捕捉羟基自由基,形成氧化能力更低的碳酸根自由基.现有的研究已充分表明,较低浓度的碳酸氢盐能够加快有机废水的氧化降解,而且通常比单独使用过氧化氢效率更高,这些新的发现已明显突破了传统意义上对碳酸氢盐作用的理解.更为重要的是,在微量碳酸氢盐的存在下,其产生的微碱性环境极大地消除了负载型氧化物催化剂在废水降解过程中的金属离子流失、从而极大地延长了催化剂的寿命.该缺点是各种基于过渡金属氧化物催化剂的高级氧化技术难以广泛推广的关键性挑战,原因是随着氧化降解的进行,废水体系由于有机酸的生成而逐渐酸化,进而引发氧化物催化剂的酸溶而流失.在这点上,碳酸氢盐活化过氧化氢系统由于其天然的微碱性环境体现出了其明显的优势.本文即是在本课题组工作基础上,对该领域内国内外研究进展加以总结,以期获得国内外同行的进一步关注.综述的主要内容包括:(1)碳酸氢氧活化过氧化氢的相关知识介绍,(2)均相碳酸氢氧活化过氧化氢降解有机废水的研究进展,(3)基于金属氧化物催化剂的碳酸氢氧活化过氧化氢降解有机废水的研究进展,和(4)碳酸氢盐在其他高级氧化技术中的应用.虽然基于碳酸氢氧活化过氧化氢降解有机废水的研究还处于早期探索阶段,还有很多基础科学问题如降解机理等值得进一步探索,期望通过该综述的介绍能够让同行对碳酸氢氧活化过氧化氢降解有机废水有一个比较全面的了解,进而推动该研究方向的发展,为有机废水的催化处理提供新的机会.     

有机农药异丙隆的级联生物降解体系的构建

构建了一个酶促氧化结合活性淤泥处理的级联生物降解有机农药异丙隆的体系.首先,建立了氯过氧化物酶（CPO）催化H₂O₂氧化降解异丙隆的酶处理体系.在最佳反应条件下,异丙隆的降解率可在10 min内达到100%.反应在室温下进行,pH=3.0,所需H₂O₂浓度为0.2 mmol/L,酶用量极少,仅7 nmol/L.降解体系高效、温和、绿色,无二次污染,极具应用潜力.CPO酶促氧化降解异丙隆的产物用HPLC-MS测定,并进一步根据主要产物推测了降解的途径.结果表明,异丙隆经CPO催化H₂O₂氧化处理后,被分解成较小的4-异丙基苯胺和4-乙基苯胺苄基正离子碎片分子.如果将CPO-H₂O₂酶促氧化作为一种前处理手段,后续与活性淤泥微生物降解过程结合,通过这种二级处理方法可实现含异丙隆污水的化学需氧量（COD）的有效去除,达到含异丙隆污水深度治理的目的.进一步以绿藻Chlorella pyrenoidosa的生长抑制率为评价指标对异丙隆酶催化氧化降解的产物进行了毒性评估,结果表明,随着底物降解率的逐渐增大,降解产物对绿藻的生长抑制率逐渐减小,说明经酶法降解后得到的产物与异丙隆相比毒性降低.     

木质素氧化降解制备单酚类化合物

采用H2O2、CuO/Fe2(SO4)3复合氧化体系,在碱性条件、微波辅助作用下,对麦草碱木质素氧化降解制备单酚类化合物的工艺条件进行了研究。结果表明,在180℃相对温和的条件下,单酚类化合物的总收率可达11.86%,降解率为90.88%。单独H2O2作为氧化剂降解木质素导致了苯环的开裂,使得木质素的降解率虽高但单酚类收率偏低;Cu2+的参与促进了木质素侧链和醚键的断裂,有利于提高单酚类化合物的收率,而Fe3+的存在则提升了H2O2的氧化性能。适当提高氧化温度和延长降解反应时间有利于提高单酚类化合物收率。由于木质素的降解和聚合同时存在,防止降解产物的聚合成为提高单酚类化合物收率的关键。     

贵金属单原子催化剂的制备及其在CO、VOCs完全氧化反应中的应用北大核心CSCD

为有效提高负载型催化剂中贵金属的原子利用效率,贵金属单原子催化剂逐渐成为一个研究热点和前沿课题.我们针对单原子催化剂在催化氧化领域中的应用,综述了几种贵金属单原子催化剂的典型制备方法,包括原子层沉积法、湿法化学法、光化学辅助法、热解法等,并讨论了上述方法的优缺点.此外,对比传统贵金属负载型催化剂,我们重点讨论了贵金属基单原子催化剂在CO催化氧化、挥发性有机化合物(VOCs)催化氧化、催化机理等催化氧化过程中的最新研究进展,尤其是贵金属基单原子催化剂在低温低浓度催化氧化过程中表现出的优异催化活性、抗水性和抗毒性,表明该类催化剂具备极大的工业应用潜力.最后,进一步从大规模工业应用角度探讨了单原子催化剂目前面临的挑战和可能的解决办法,期望可以为应用于催化氧化过程的高效、稳定的单原子催化剂的设计提供思路.     

Ta/BDD薄膜电极电化学催化氧化硝基酚

研究了热丝化学气相沉积法(HFCVD)制备得到钽衬底掺硼金刚石膜电极(Ta/BDD)的物理性质和电势窗口, 并考察了其用于电化学催化氧化硝基酚过程中的性能及各种影响因素. 扫描电镜和拉曼光谱表明, Ta/BDD电极具有良好的物理性能, 通过测试Ta/BDD电势窗口发现, 该电极具有较高的析氧过电位. 在Ta/BDD电化学催化氧化硝基酚过程中, 化学需氧量(COD)和高效液相色谱测试表明, 硝基酚能够有效降解, 电流密度、支持电解液及浓度对降解过程影响较大, 温度影响不明显. 强化寿命实验表明, Ta/BDD电极具有较好的稳定性. 实验结果表明, Ta/BDD电极是一种适于硝基酚降解和COD去除的优良电极.     

声东击西:针对木质素β-O-4连接结构裂解的邻近基团转化策略

木质素作为一种潜在可替代石油制备芳香化合物的可再生资源,其转化利用一直受到广泛的关注.在多种木质素链接结构中,β-O-4连接占40%~60%,因此被认为是木质素降解转化过程中需要被首先断裂的结构.近来,相比于直接研究真实木质素的复杂转化过程,另外一种通过研究木质素模型分子转化规律的"自下而上策略"已经为木质素转化提供了许多新的转化思路及组合策略.本文对这些组合策略进行了简要的总结,并提出了更具概括性的"声东击西策略".简要地说,通过预先转化目标Cα–Cβ及Cβ–OAr键的邻近化学基团,从而降低目标化学键的键解离能或在底物分子中引入"底物位点",进一步促进目标化学键的高效选择性转化.以底物分子到中间体分子的角度分析,将Cα–OH转化为Cα=O可有效降低目标化学键Cβ–OAr的键解离能,针对这一点,本文介绍了"氧化-(光催化)还原策略","内转氢策略"以及"氧化-选择性加氢策略".同时,针对降低目标化学键的思路,本文还从底物分子到中间体分子碎片角度分析介绍了"脱羟-加氢策略".针对向底物分子中引入"底物位点"的思路,本文首先介绍了"氧化-氧化策略",将Cα–OH转化为Cα=O虽然增加了Cα–Cβ键的BDE,但与Cα=O相连的Cβ位点脱氢后可与高活性氧物种结合,从而更有效的裂解Cα–Cβ键.此外,本文简要介绍了类似情况下的过氧物种进攻Cα=O的"氧化-BV氧化策略",以及"直接酸解策略"和"氧化-脱水-酸解策略".虽然目前针对木质素β-O-4连接结构的转化策略已有较多的报道,但仍然存在着很多值得探索的可能性,该"声东击西策略"可能为进一步的高效反应路径设计,催化剂筛选及机理研究提供指导.同时,这种邻近基团预转化的策略也能为防止木质素再聚提供方案,从而促进真实木质素的高效转化.     

声东击西:针对木质素β-O-4连接结构裂解的邻近基团转化策略（英文）

木质素作为一种潜在可替代石油制备芳香化合物的可再生资源,其转化利用一直受到广泛的关注.在多种木质素链接结构中,β-O-4连接占40%~60%,因此被认为是木质素降解转化过程中需要被首先断裂的结构.近来,相比于直接研究真实木质素的复杂转化过程,另外一种通过研究木质素模型分子转化规律的"自下而上策略"已经为木质素转化提供了许多新的转化思路及组合策略.本文对这些组合策略进行了简要的总结,并提出了更具概括性的"声东击西策略".简要地说,通过预先转化目标C_α–C_β及C_β–OAr键的邻近化学基团,从而降低目标化学键的键解离能或在底物分子中引入"底物位点",进一步促进目标化学键的高效选择性转化.以底物分子到中间体分子的角度分析,将C_α–OH转化为C_α=O可有效降低目标化学键C_β–OAr的键解离能,针对这一点,本文介绍了"氧化-(光催化)还原策略","内转氢策略"以及"氧化-选择性加氢策略".同时,针对降低目标化学键的思路,本文还从底物分子到中间体分子碎片角度分析介绍了"脱羟-加氢策略".针对向底物分子中引入"底物位点"的思路,本文首先介绍了"氧化-氧化策略",将C_α–OH转化为C_α=O虽然增加了C_α–C_β键的BDE,但与C_α=O相连的C_β位点脱氢后可与高活性氧物种结合,从而更有效的裂解C_α–C_β键.此外,本文简要介绍了类似情况下的过氧物种进攻C_α=O的"氧化-BV氧化策略",以及"直接酸解策略"和"氧化-脱水-酸解策略".虽然目前针对木质素β-O-4连接结构的转化策略已有较多的报道,但仍然存在着很多值得探索的可能性,该"声东击西策略"可能为进一步的高效反应路径设计,催化剂筛选及机理研究提供指导.同时,这种邻近基团预转化的策略也能为防止木质素再聚提供方案,从而促进真实木质素的高效转化.     

漆酶催化氧化水中有机污染物*

漆酶是一种含铜的多酚氧化酶, 属于铜蓝氧化酶蛋白, 能催化氧化多种难降解的有机污染物。漆酶催化氧化水中有机污染物具有底物广泛、能耗低、易操作、环境友好等优点,是一项前景广阔的生物处理技术。本文综述了漆酶对水中有机污染物的催化降解,主要从漆酶的化学组成、结构、催化降解机理、漆酶的固定化、影响因素（溶液pH值、温度、金属离子、营养因子、有机溶剂、漆酶的浓度、底物的初始浓度等）、降解的动力学以及漆酶在处理水中有机污染物的应用等五个方面介绍了相关的研究进展。漆酶催化氧化有机物的机理主要表现在底物自由基中间体的产生和氧气还原成水两个方面。本文提出了目前漆酶催化氧化水中有机污染物存在的主要问题,并展望了漆酶降解水体中有机污染物的发展方向。