（化学工艺专业论文）稻秆粉末醇解产物的分析和醇解机理研究.pdf

武汉科技大学硕士学位论文 第1 页 摘要 分别以甲醇和乙醇作为溶剂与湖北红安产的稻秸粉末( 以下简称r s p ) 在磁力搅拌不 锈钢高压反应釜内进行了超临界醇解反应，并在索氏萃取器中依次用甲醇( 或乙醇) 、丙 酮、二硫化碳和丙酮二硫化碳混合溶剂对醇解产物进行分级萃取，用气相色谱质谱联用 仪( g c m s ) 分析了醇解产物，考察了反应温度、时间和压力对r s p 超临界醇解的影响。 实验结果表明，反应温度和压力达到醇溶剂的超临界条件时，r s p 的降解较彻底，且醇解 产物收率与反应时间成正比。在醇解产物中检测出百余种有机化合物，主要是含氧有机化 合物，尤其是含甲氧基或乙氧基的有机化合物。超临界甲醇解产物中含甲氧基的有机化合 物的相对含量高达4 0 以上；超临界乙醇解产物中含乙氧基的有机化合物的相对含量接近 2 0 ，同时还检测出含甲氧基苯的有机化合物( 相对含量为1 7 6 ) ，说明应该有部分甲 氧基是源自秸秆的木质素成分。在醇解产物中检测出大量的苯酚衍生物，这些化合物可以 作为精细化学品利用。此外，在醇解产物中还检测出多种长链脂肪酸酯，这些化合物可用 于制备高级润滑油和高品质的生物柴油等。通过对愈创木基丙烷单元的可能反应分析，提 出r s p 的解聚涉及其中有机质大分子含氧桥键的热解与醇分解所得烷基和羟基游离基诱 导而断裂的机理。 本文的研究结果表明，在相对温和的条件下( 5 3 0 0o c ) 采用超临界醇解技术可使秸秆 中有机质大分子选择性地解聚，提供了了解秸秆分子结构信息的重要手段，也为开发农作 物秸秆高效利用的新工艺提供理论依据。 关键词：稻秆粉末；超临界醇解；含氧有机化合物；g c m s 分析 第1 i 页武汉科技大学硕士学位论文 a b s t r a c t r i c e s t a l kp o w d e rw a sa l k a n o l y z e dw i t hs u b a n ds u p e r c r i t i c a lm e t h a n o lo re t h a n o li na m a g n e t i c a l l ys t i r r e d ，s t a i n l e s s - s t e e la u t o c l a v eu n d e rd i f f e r e n tc o n d i t i o n s t h er e a c t i o nm i x t u r e s w e r es e q u e n t i a l l ye x t r a c t e dw i t hm e t h a n o l ( o re t h a n 0 1 ) ，a c e t o n e ，c a r b o nd i s u l f i d ea n da n a c e t o n e c a r b o nd i s u l f i d em i x e ds o l v e n t t h ee x t r a c t sw e r ea n a l y z e dw i t hah e w l e t t p a c k a r d 6 8 9 0 5 9 7 3g a sc h r o m a t o g r a p h m a s ss p e c t r o m e t r ys y s t e m t h ee f f e c t so fr e a c t i o nt e m p e r a t u r e ， t i m ea n dh y d r o g e np r e s s u r eo nt h er s pa l k a n o l y s i so fw e r ee x a m i n e d t h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t s s h o wt h a tr s pw a ss i g n i f i c a n t l ya l k a n o l y z e du n d e rs u p e r c r i t i c a lc o n d i t i o n sa n dt h et o t a ly i e l do f t h ea l k a n o l y z e dp r o d u c t si n c r e a s e dw i t hp r o l o n g i n gr e a c t i o nt i m e m o r et h a n10 0o r g a n i c c o m p o u n d sw e r ed e t e c t e df r o mp r o d u c t s ，m o s to fw h i c ha r eo x y g e n - c o n t a i n i n go n e s ，e s p e c i a l l y m e t h o x y oa n d o re t h o x y - c o n t a i n i n go n e s t h er e l a t i v ec o n t e n to fm e t h o x y - c o n t a i n i n go r g a n i c c o m p o u n d si sm o r et h a n4 0 i nt h ep r o d u c t sf r o ms u p e r c r i t i c a lm e t h a n o l y s i so fr s p , w h e r e a s t h a to fe t h o x y - c o n t a i n i n go n e si sn e a r2 0 a n dm e t h o x y p h e n y l c o n t a i n i n go n e sw e r ea l s o d e t e c t e dw i t h17 6 o fr e l a t i v ec o n t e n ti nt h ep r o d u c t sf r o ms u p e r c r i t i c a le t h a n o l y s i so fr s p , i n d i c a t i n gt h a tt h em e t h o x y p h e n y l - c o n t a i n i n gm o i e t i e si so r i g i n a t e df r o ml i g n i ni nr s p a n u m b e ro fp h e n o ld e r i v a t i v e s ，w h i c hc a nb eu s e da sf i n ec h e m i c a l s ，w e r ed e t e c t e d i na d d i t i o n ，a l o to ff a t t ya c i de s t e r sw e r ea l s od e t e c t e d t h e yc a nb eu s e dt op r o d u c ea d v a n c e dl u b r i c a n t sa n d h i g hq u a l i t yd i e s e l a c c o r d i n gt ot h ea n a l y s i so ft h ep o s s i b l er e a c t i o no fg u a i a c y lp r o p a n e t h e m e c h a n i s mo ft h er s p sa l k a n o l y s i su n d e rs u p e r c r i t i c a lc o n d i t i o n sh a sb e e np r o p o s e d ，w h i c h i n v o l v e d p y r o l y s i sa n di n d u c e db r e a k i n go fo x y g e n - c o n t a i n i n gb r i d g eb o n d i no r g a n i c m a c r o m o l e c u l e a n dt h ei n d u c i n gg r o u p sa r et h ef r e ea l k y la n dh y d r o x y lc o m i n gf r o mt h e d e c o m p o s i t i o no fa l k a n o l s t h ea b o v er e s u l t ss h o wt h a tt h eo r g a n i cm a c r o m o l e c u l e si nr s pc a nb es e l e c t i v e l y d e p l o y m e r i z e du n d e rr e l a t i v e l ym i l dc o n d i t i o n s ( 烷烃 酯 醛 s c o c s 芳烃 醇 c a s 烯烃 n c o c s ，其各自的相对含量如图4 3 所 示。 一乒一。廿芒矗可cj直母o；一一。芷 第3 0 页武汉科技大学硕士学位论文 紧 o 叱 r r n 厂 厂 n 门一一 g r o u pc o m p o n e n t 图4 3 降解产物中各组分所占百分含量 f i g 4 3r co fg r o u pc o m p o n e n t so fm s ff r o mr s ps u p e r c r i t i c a lm e t h a n o l y s i s 表4 1 降解产物中k m h s 类化合物 t a b 4 1k m h si nm s ff r o mt h es u p e r c r i t i c a lm e t h a n o l y s i so fr s p 武汉科技大学硕士学位论文 第3 1 页 表4 1 ( 续表) 超临界甲醇降解产物中k m h s 类化合物 t a b 4 1 ( c o n t i n u e ) k m h si nm s ff r o mt h es u p e r c r i t i c a im e t h a n o l y s i so fr s p r cd e n o t e sr e l a t i v ec o n t e n t ( ) 表4 2 超临界甲醇降解产物中的烷烃化合物 t a b 4 2a l k a n e si nm s ff r o mr s ps u p e r c r i t i c a lm e t h a n o l y s i s p e a kn a m er cp e a kn a m e r c lo c t a n e2 67 2e i c o s a n e0 1 2 2 ，2 ，5 t r i m e t h y l h e x a n e 0 67 4o c t a d e c a n e0 2 3 2 , 4 一d i m e t h y l h e p t a n e 0 57 8d o c o s a n e0 4 4 2 , 6 ，10 ，14 t e t r a m e t h y l h e p t a d e c a n e 0 78 0p e n t a d e c a n e 0 1 5 2 5 d i m e t h y l h e p t a n e 1 98 2e i c o s a n e 0 1 6 2 3 一d i m e t h y l h e p t a n e 0 68 7e i c o s a n e0 1 7 n o n a n e 0 68 92 m e t h v l o c t a d e c a n e0 1 8 2 - m e t h y l o c t a n e 1 8 9 1 h e p t a d e c a n e 0 1 9 3 - m e t h y l o c t a n e 1 39 3h e n e i c o s a n e 0 1 l ln o n a n e0 59 5 h e p t a d e c a n e 0 1 6 7o c t a d e c a n e0 39 7h e n e i c o s a n e0 1 6 9p e n t a d e c a n e0 21 0 1 4 , 8 一d i m e t h y l h e p t a c o s a n e 0 1 第3 2 页壅圣翌垫查堂堡主堂垡笙茎 表4 3 超临界甲醇降解产物中的酯类化合物 t a b 4 3e s t e r si nm s ff r o mr s ps u p e r c r i t i c a lm e t h a n o l y s i s p e a k n a m e r c 4 6 m e t h y l4 - e t h y l b e n z o a t e 0 4 6 1 m e t h y l3 ( 3 ，4 d i m e t h o x y p h e n y l ) 一2 p r o p e n o a t e 0 4 6 2 m e t h y lt e t r a d e c a n o a t e 0 1 6 4 4 - m e t h y l 一2 一o x o 一2 h - c h r o m e n 一7 - y la c e t a t e o 1 6 5 5 - m e t h o x y - 3 一m e t h y l p e n t y lm e t h y lp h t h a l a t e o 1 6 8m e t h y lp e n t a d e c a n o a t e o 1 7 0m e t h y lp a l m i t a t e 5 1 7 1 2 ，3 d i m e t h y l p h e n y la c e t a t e 0 3 7 3 m e t h y lh e p t a d e c a n o a t e 0 1 7 5 3 ，7 ，1 1 ，1 5 t e t r a m e m y l - h e x a d e c a n o i ca c i dm e t h y le s t e r 1 1 7 6 m e t h y lo l e a t e 0 2 7 7m e t h y ls t e a r a t e 0 5 7 9m e t h y ln o n a d e c a n o a t e 0 1 81m e t h y le i c o s a n o a t e 醇 酯 芳烃 n c o c s c a a 醛 烷烃 s c o c s 烯烃，其各自的相对含量如 图4 3 所示。 第3 6 页武汉科技大学硕士学位论文 零 、， o 比 r n几nn n n g r o u pc o m p o n e n t 母 图4 7 降解产物中各组分所占百分含量 f i g 4 7r co fg r o u pc o m p o n e n t so fe s f f r o mt h es u p e r c r i t i c a le t h a n o l y s i so fr s p 表4 5 超临界乙醇降解产物中的k m e h s 类化合物 t a b 4 5k m h si ne s ff r o mt h es u p e r c r i t i c a le t h a n o l y s i so fr s p p e a k n a m er c 8 2 m e t h y l c y c l o p e n t 2 e n o n e 0 1 ll 2 - m e t h y lc y c l o h e x a n e 1 3 - d i o n e 0 2 l5 3 , 4 d i m e t h y l c y c l o h e x 2 e n o n e 0 5 18 2 ，3 ，4 - t r i m e t h y l c y c l o p e n t 一2 - e n o n e 0 9 l9 2 - e t h y l 2 - m e t h y l c y c l o p e n t a n e 1 3 - d i o n e 0 7 21 2 - m e t h o x y p h e n 0 1 0 9 2 2 2 ，5 一d i m e t h y l p h e n o l ，0 4 2 3 4 e t h o x y p h e n o l 0 8 2 4 2 m e t h o x y - 4 m e t h y l p h e n o l 0 4 2 5 4 4