木质纤维素快速糖化及转化为糠醛类平台化合物的一体化过程.pdf

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1、中国科学技术大学硕士学位论又木质纤维素快速糖化及转化为糠醛类平台化合物的一体化过程作者姓名：学科专业：导师姓名：完成时间：赵毅物理化学闫立峰副教授二。一二年五月幽卿UniversityofScienceandTechnologyofChinaAdissertationformaster’SdegreeTheone—·potprocessforlignocelluloserapidsaccharificationandconversiontothefurfural．．1ikeplatformcompoundsA

2、uthor’SName：Speciality：Supervisor：Finishedtime：YiZhaoPhysicalChemistryAssociateProf．LifengYanMay,2012中国科学技术大学学位论文原创性和授权使用声明本人声明所呈交的学位论文，是本人在导师指导下进行研究工作所取得的成果。除已特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含任何他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均己在论文中作了明确的说明。本人授权中国科学技术大学拥有学位论文的部分使用权，即：

3、学校有权按有关规定向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。保密的学位论文在解密后也遵守此规定。作者签名：走墩wf2，年6月5曰摘要生物质作为可再生资源一直备受关注，其潜在的应用包括制备可再生能源以及合成高附加化学品。地球上最丰富、最廉价的生物质资源是纤维素资源，全世界每年通过植物体的光合作用生成高达1500亿吨干物质，其中纤维素及半纤维素的总量为850亿吨。因此如何使纤维素有效地解聚为葡萄糖

4、或者水可溶性低聚糖、进而实现进一步的化学转化，得到更具意义的高附加值化学品就显得十分重要。传统的方法采用稀酸水解纤维素，由于纤维素没有被溶解，其与水反应只在无定形表面区逐步地发生，所以反应所需温度高，反应时间长，并且水解不能完全彻底。只有把纤维素溶于合适的介质中形成纤维素的均相溶液体系，使糖苷键完全暴露才有可能快速深度地水解纤维素。本课题选择金属卤化物水合盐作为纤维素的溶剂，实现了纤维素的快速糖化降解，进而一体化转化纤维素为高附加值平台化合物5一羟甲基糠醛，整个糖化过程在常压、95℃下进行，通过3‘分钟的快速

5、水解就可以实现葡萄糖75％的单糖收率，再继续加入催化剂并在125℃条件下常压反应2个小时，就可以得到HMF，纤维素到HMF的产率可达51％。为了探讨纤维素为何能如此高效快速糖化的机理，我们从动力学方面研究了大分子糖链的解聚行为模拟对照，通过水解产物组分与纤维素聚合度的动力学实验数据确认此过程为高分子均相水解过程，只不过其动力学速率常数比一般的水解过程要大，通过第一性原理计算和吸附定位计算，确认了金属卤代物水合盐与纤维素链某些位点首先发生络合，使得糖苷键削弱，致使表观活化能降低，从而使水解速度提高。面向实用化，

6、我们通过直接用未经任何预处理的稻秸秆粉末作为生物质原料，直接通过类似的方法进行了生物质的一体化转化，可以把稻秸秆中的纤维素和半纤维素得到深度的降解糖化(73％的糖化效率)与较高产率的转化(五碳糖61％转化为糠醛，六碳糖42％转化为HMF)，而木质素作为副产物则可以从稻秸秆中实现快速分离，此种技术为实现生物质高效工业化利用又提供了新的技术路径。关键词：小麦秸秆，纤维素，快速糖化降解，转化，HMF，糠醛，均相，一体化过程摘要IIAbstractAsarenewableresource，thepotentialap

7、plicationsofbiomass，includingpreparationofenvironmentally．friendlyenergyandsynthesisofhighvaluablechemicals，hasattractedmuchattention．Plantscangenerateasmanyas150billiontonsofdrybiomassbyphotosynthesiseachyear，andwithatotalof85billiontonsofcelluloseandhemic

8、ellulose．whicharethemostabundantandcheapestrawmaterialresources．Consequently,itisofgreatimportancetodepolymerizethecellulosetoglucoseorwater-solubleoligosaccharides，andfurtherchemicalconversionwouldget