木糖渣中的纤维素转化为生物乙醇和HMF的研究

作者：周天

单位：北京林业大学

指导教师：许凤

研究思路

热解纤维素制备5-HMF的研究思路：利用离子液体溶解木糖渣，溶出纤维素和半纤维素，在催化剂的作用下将纤维素断键转化为葡萄糖，葡萄糖异构成果糖，果糖脱水得到5-HMF。

创新点

利用1-乙基-3-甲基氯化咪唑为离子液体溶解木糖渣中的纤维素，离子液体的作用：离子液体中存在阴阳离子，阴阳离子处于游离状态，与纤维素发生络合作用，形成络合物，产生润胀作用，从而破坏氢键；离子液体能有效激活葡萄糖，使其更容易异构化；纤维素溶解在离子液体之中。形成均相的体系使得葡萄糖苷键更容易与催化剂的活性位点接触。

研究难点

纤维素是一个网状结构（图一），结构复杂，其中含有大量氢键，相互作用力强，难以断裂；纤维素结构中有大量氧原子，氧原子的脱去困

难；在断裂氢键以及C-O键的同时使C-C键不被断裂。

研究内容

如图二所示，随温度上升HMF产率先升高后降低，在140℃下达到峰值，温度过高时副产物胡敏素含量也升高，产率降低；图三表明随时间不断延长HMF产率先升高后降低，因为降解反应是多元反应，随着时间延长，副产物乳酸的产量增加；图四表明随着加入催化剂的量增加，产率先升高后降低，因为根据催化反应动力学，底物浓度很大时，增加催化剂的含量反应也不会继续正向进行，另外一种原因是副产物胡敏素的产生降低了HMF的产率。

图一为纤维素的结构式；图二为不同温度下HMF的产率；图三为不同反应时间下HMF的产率；图四为不同催化剂添加量下的HMF产率

实验结论

在离子液体和二氯化铬催化剂的作用下热解，得到的最高产率为38.34%，适当的反应温度和反应时间有利于HMF产率的提高。

转自：“科研一席话”微信公众号

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