沸石分子篩孔結構及酸性對催化纖維素水解作用的研究.pdf

1、隨著煤、石油、天然氣等化石資源的日趨枯竭，以及由化石燃料使用所造成的環(huán)境問題日趨嚴重，開發(fā)新的清潔可替代性資源，已經成為全世界所面臨的重大課題。生物質具有年產量高、可再生性等優(yōu)點，是替代化石資源較理想的選擇。纖維素是木質纖維生物質的主要組成成分，纖維素的水解產物葡萄糖，是一種重要的化工原料，由它可以進一步轉化為生物燃料和高附加值化學品。因此，纖維素水解制葡萄糖是木質纖維生物質轉化利用替代化石資源的關鍵。
　　纖維素的水解為酸催化過

2、程，選擇合適的酸催化劑是纖維素有效水解的關鍵。沸石分子篩是一種廣泛應用于石油化工中的微孔材料。它具有酸性強、良好的水熱穩(wěn)定性、無毒性及較易從溶液中回收等優(yōu)點。分子篩在纖維素水解反應中受到了越來越多關注。
　　由于纖維素分子尺寸大，難以直接進入分子篩的微孔。本論文首先以HUSY分子篩為研究對象，通過草酸處理HUSY引入介孔，制備出多級孔HUSY分子篩，以改善傳質效果;然后在多級孔HUSY分子篩表面嫁接磺酸基團，制備出磺酸化多級孔HU

3、SY分子篩，以提高分子篩的酸性。并對制備的磺酸化多級孔HUSY分子篩孔結構、酸性及元素組成進行分析。反應結果表明，磺酸化多級孔HUSY分子篩的催化纖維素水解的性能明顯優(yōu)于HUSY和多級孔HUSY，說明分子篩的酸性和孔結構是決定其催化水解性能的兩個關鍵因素。
　　多級孔沸石分子篩催化纖維素水解主要分兩個過程進行:(1)纖維素在分子篩外表面、中孔和大孔的活性位上被水解為低聚糖;(2)低聚糖擴散到微孔中被進一步水解為葡萄糖。分子篩中孔和

4、大孔的增多有利于提高纖維素水解至低聚糖的過程，從而提高分子篩的活性。但對于沸石分子篩的微孔結構和酸性在低聚糖水解中的作用，目前仍不清楚。理解分子篩微孔結構和酸性在低聚糖水解中的作用可以為設計更有效的生物質水解催化劑提供幫助。
　　論文進一步考察了分子篩的微孔結構及酸性對纖維二糖水解反應的影響。結果表明，分子篩強B酸位是其催化水解的活性位，而弱的B酸位不能使纖維二糖水解;L酸位使生成的葡萄糖異構化，造成葡萄糖選擇性下降。對分子篩催化