芦苇自催化乙醇法制浆低沸点有机酸生成机理研究
先前的研究普遍认为芦苇自催化乙醇法制浆充分展现了溶剂法制浆的优点,而自催化乙醇法制浆具有催化作用的有机酸,究竟是如何产生的,尚没有统一认识.因此,研究芦苇自催化乙醇法制浆过程中"体系酸环境"----有机酸种类、含量及其生成原因,可以为优化蒸煮工艺提供理论依据.研究过程中,首先采用模型物法,分别以脱脂棉、D-葡萄糖、D-木糖、自制木素分别代表纤维素、主要降解糖、原料中木素在乙醇水溶液蒸煮时的有机酸的生成情况;其次,研究了芦苇用乙醇水溶液蒸煮时,蒸煮液中酸环境的变化情况;最后,用甲酸、乙酸模拟了甲酸、乙酸对体系酸环境的影响规律.研究过程中,还对甲酸、乙酸、乙酰丙酸、糠醛、5-羟甲基糠醛的生成途径进行了研究,找到了准确定量糠醛、5-羟甲基糠醛混合物中各自含量的方法,并利用FT-IR、 1H-NMR和13C-NMR等比较先进手段对比分析了模型物蒸煮前后的结构变化.研究得到,纤维素无法单独发生化学反应,,木素则发生比较剧烈的化学反应,侧链部分断裂,消耗乙醇量比较大,生成甲酸、乙酸和乙酰丙酸等有机酸,其中乙酸生成量较大,这与以往研究结果有很大不同;D-木糖生成甲酸、乙酸和糠醛,甲酸是经过"D-木糖→糠醛→甲酸"路径生成的;D-葡萄糖生成甲酸、乙酸和乙酰丙酸等降解产物,5-HMF和甲酸是经过"葡萄糖→5-HMF→乙酰丙酸+甲酸"路径生成的.模型物在蒸煮过程中,木素侧链大量断裂,木素结构单元间C-C连接键比较稳定,而醚键会发生断裂.单糖氧环式结构部分受到破坏,并有相应的含有醛及酸类物质产生.研究还得到,乙醇水溶液蒸煮时,D-木糖有大量糠醛类物质生成,D-葡萄糖也有少量糠醛类生成,自制木素生成的量更少,脱脂棉生成量可以忽略.木糖会转化为糠醛,葡萄糖会转化为5-HMF,5-HMF会进一步转化为糠醛.采用紫外分光光度计法(UV)定性、定量糠醛和5-HMF是比较可靠的检测方法.乙醇水溶液蒸煮芦苇过程中,不同蒸煮阶段均有甲酸、乙酸和乙酰丙酸生成.不同有机酸含量关系为:乙酸>乙酰丙酸>甲酸.体系酸度主要取决于甲酸.
- 作者：
- 樊瑞霞
- 学位授予单位：
- 大连工业大学
- 专业名称：
- 制浆造纸工程
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2014年
- 导师姓名：
- 平清伟
- 中图分类号：
- TS713
- 关键词：
- 芦苇乙醇制浆；甲酸；乙酸；乙酰丙酸；模型物
- reed ethanol pulping； formic acid； acetic acid； levulinic acid； model objects
- 基金项目：
- 国家自然基金