固体酸碱催化麦秆制备5-羟甲基糠醛-化学专业论文.docxVIP

万方数据 万方数据 致谢 三年的研究生学习生活即将结束，一路走来，有奋斗的辛劳也有收获的喜悦。 至此毕业之际，我谨向所有关心、帮助过我的人们表示最诚挚的感谢以及最美好 的祝愿！ 本论文是在导师赵炜教授的悉心指导下完成的。三年来，老师渊博的专业知 识，严谨的治学态度，精益求精的工作作风，平易近人的人格魅力对我影响深远。 本论文从选题到论文的完成，每一步都离不开赵炜老师的指导，在实验所需设备 及条件上更是给予了巨大的支持。在此向我的导师赵炜教授表示深深的谢意与祝 福！ 本论文的完成也离不开其他各位老师的帮助与指导。在此也要感谢宗志敏教 授等各位老师在论文开题、初稿、预答辩期间所提出的宝贵意见，感谢宗志敏教 授、高庆宇教授和唐仕荣教授在仪器的使用方面给予我的大力支持，不胜感激。 论文的顺利完成同样离不开同学的关心及帮助，感谢陈尚龙师兄和刘军露、 王密密和宰世风师姐在实验思路以及实验过程中给予的指导与鼓励，祝愿师兄师 姐们工作学习顺利。感谢赵婧同学以及方君基、赵琛、雷强师弟和周凯旋师妹在 科研过程中给我的诸多帮助，愿友谊天长地久。 还要感谢高明智和我的家人，失落无助时，是你们的关心与鼓励，让我振作 起来。繁忙浮躁时，是你们的支持与帮助，让我没有后顾之忧地完成了学业。是 你们的支持与鼓励让我可以得以在人生的道路上站的更高，看的更远，你们辛苦 了！ 同时，感谢参加审阅和答辩的专家们，你们在百忙之中抽出时间评阅我的论 文并提出宝贵意见，再次感谢你们! 另外，感谢国家自然科学基金委员会创新研究群体科学基金（编号： 、国家 973 计划项目（编号：2012CB215302）、江苏省自然基金项目 （编号：BK2011225)和中央高校基本科研业务费专项资金—中国矿业大学理科 基金（批准号：2010LKHX08）对本论文研究工作的资助。 摘 要 生物质是一种潜在的可以缓解化石资源匮乏的新型可再生资源，实现其综合 高效利用具有极大的现实意义。本课题以麦秆为原料，采用超声辐射碱性过氧化 氢醇法去除麦秆中的木质素；利用固体炭基磺酸（S-AC）和固体碱二氧化锆 （ZrO2）催化预处理过的麦秆一步法制备 5-羟甲基糠醛（5-HMF），以 5-HMF 的收率和麦秆残渣率为指标，考察反应条件和催化剂制备条件对其影响，再通过 正交实验和 Box-Behnken 实验优化固体酸碱催化剂催化麦秆制备 5-HMF 的工艺； 最后，初步探索了由麦秆制备 5-HMF 的机理。 首先，对麦秆预处理进行研究，得出较优的预处理条件：碱性 H2O2 溶液组 成为 2%的 NaOH 和 1.5%的 H2O2，碱性 H2O2 与乙醇比为 1：1，固液比 1：20， 80oC 处理 3 h。在优化条件下，麦秆木质素脱除率达到 91.0%。 其次，以预处理后的麦秆为原料，探究反应温度、时间、正丁醇/水的体积 比和底物浓度这 4 个单因素对 5-HMF 收率和麦秆残渣率的影响，确定了优化的 反应条件：反应温度 220oC，反应时间 4 h，正丁醇/水体积比为 2：1，底物浓度 为 3.8%，在此条件下，5-HMF 的收率为 14.9%，麦秆残渣率为 5.3%。 再根据上述优化的反应条件下，探究酸碱催化剂单独使用和酸碱催化剂配合 使用时对 5-HMF 收率和麦秆残渣率的影响，结果表明：S-AC 制备的适宜温度为 140oC，适宜时间为 6 h；ZrO2 的煅烧适宜温度为 400oC；固体酸碱催化剂适宜加 入量的质量分数为 30%，且 S-AC 与 ZrO2 的质量比为 4：1。 最后通过设计正交实验从 9 个单因素中（反应温度、反应时间、正丁醇/水 体积比、底物浓度、S-AC 制备温度、S-AC 制备时间、ZrO2 煅烧温度、S-AC 碱 催化剂质量比和催化剂用量）筛选出固体酸碱催化剂催化麦秆 5-HMF 收率的显 著因素：S-AC 制备时间、反应温度和催化剂用量。在此基础上设计 Box –Behnken 实验对影响麦秆制备 5-HMF 收率的显著性因素进行了分析，优化了制备工艺。 本文使用 Design-Expert 8.0 软件对三个显著影响因素进行回归拟合分析，通过模 型的回归方程分析得到 5-HMF 收率与显著影响因素的关系：5-HMF 收率 = 19.06 + 0.70×A + 2.86×B + 0.64×C + 1.00×A×B + 0.30×A×C - 1.10×B×C - 6.42 ×A2 - 5.56×B2 - 8.30×C2，当 S-AC 制备时间为 6.1 h，反应温度为 225.3oC，催 化剂总量为 20.2%时，5-HMF 收率达到 19.5%。在该条件下催化麦秆制备 5-HMF， 将实验重复进行三次取平均值，得到 5-HMF 的收率为 19.