（应用化学专业论文）SO42MxOy型固体酸在玉米秸秆液化反应中的催化作用研究.pdf

毒 冬 p 0 学位论文数据集 舯l j j j | j f j j j j j j j jjjjjjj j j | i i | j j jjfijjj j j j j 删 y 1810 6 2 7 中图分类号 t k 6 - 4 9 学科分类号 4 8 0 1 0 论文编号 1 0 0 1 0 2 0 0 7 0 7 6 6 密级 学位授予单位代码 1 0 0 1 0 学位授予单位名称 北京化工大学 作者姓名王云凤学号 2 0 0 4 0 0 0 7 6 6 获学位专业名称应用化学获学位专业代码 0 8 1 7 0 4 课题来源自选项目研究方向清洁能源 论文题目 s 0 4 2 - m 。o y 型固体酸在玉米秸秆液化反应中的催化作用研究 关键词s 0 4 2 f e 2 0 3 固体酸，秸秆液化，纳米催化剂 论文答辩日期 2 0 0 7 0 6 o l论文类型 应用基础研究 学位论文评阅及答辩委员会情况 姓名职称工作单位学科专长 指导教师李保山教授北京化工大学应用化学 评阅人1杜洪光教授北京化工大学应用化学 评阅人2 刘建军 副教授北京化工大学应用化学 评阅人3 评阅人4 评阅人5 椭员蝴杜洪光教授北京化工大学应用化学 答辩委员1 刘建军 副教授北京化工大学应用化学 答辩委员2金鑫副教授北京化工大学应用化学 答辩委员3 答辩委员4 答辩委员5 注：一论文类型：1 基础研究2 应用研究3 开发研究4 其它 二中图分类号在中国图书资料分类法查询 三学科分类号在中华人民共和国国家标准( g b t1 3 7 4 5 - 9 ) 学科分类与代码中查 询 四论文编号由单位代码和年份及学号的后四位组成 j 摘要 s 0 4 2 。m x o y 型固体酸 在玉米秸秆液化反应中的催化作用研究 摘要 本文用沉淀浸渍法制备了纳米s 0 4 2 。f e 2 0 3 固体酸催化剂，通过 t e m ，i r 和n h 3 t p d 等手段对所制得的固体酸催化剂的结构和酸性 进行了表征。结果表明：本实验制得的s 0 4 2 卯e 2 0 3 固体酸属于纳米 级催化剂，粒径约为2 0 4 0 n m ，粒度均匀并且具有较好的分散性，固 体酸存在四个强度的酸中心。 通过较低温度范围( 1 8 0 2 6 0 。c ) p i j 对玉米秸秆液化反应的催化作 用，液化反应在2 5 0 m l 间歇高压反应釜中进行。实验考察了不同焙 烧温度、时间对固体酸催化活性的影响，同时考察了液化反应的温度、 反应时间及固体酸催化剂的用量对液化结果的影响，用红外光谱对液 化产物进行了初步分析。结果表明，在5 5 0 c 下焙烧3 h 所制得的 s 0 4 2 f e 2 0 3 固体酸对玉米秸秆的液化反应具有较好的催化效果，在反 应温度2 6 0 ，氢气初始压力1 0 m p a ，反应1 h ，玉米秸秆的转化率 可达8 8 以上。 分别用n i s 0 4 、f e s 0 4 、z n s 0 4 和a 1 2 ( s 0 4 ) 3 等金属盐溶液代替稀 h 2 s 0 4 浸渍前驱体，得到一系列金属离子改性的固体酸催化剂。通过 催化玉米秸秆的液化反应考察了掺杂不同离子对固体酸活性的影响。 结果表明，掺入n i 2 + 、z n 2 + 离子的固体酸比未改性的s 0 4 2 f e 2 0 3 固体 酸催化活性更好。在2 4 0 c 液化温度下，n i 2 + ，- - 3 - - u 4 2 卯e 2 0 3 催化的液化 反应转化率达到8 6 4 以上。 北京化工大学硕士学位论文 关键词：s 0 4 2 f c 2 0 3 固体酸，秸秆液化，纳米催化剂 i i 摘要 s t u d yo nt h ec a t a l y s i so fs e v e r a l s 0 4 厶m x o y n a n o - s o l i ds u p e ra c i d i ci nl i q u e f a c t i o n r e a c t i o no fc o r n s t a l k a b s t r a c t t h en a n o 。s o l i da c i d i c c a t a l y s ts 0 4 2 - f e 2 0 3 w a s p r e p a r e db y d e p o s i t i o n i m p r e g n a t i o nm e t h o di nt h i sp a p e r t h es t r u c t u r ea n dt h e a c i d i t yo ft h ec a t a l y s tw e r ec h a r a c t e r i z e db ym e a n so ft e m ，f t - i ra n d n h 3 t p de t c t h er e s u l t ss h o wt h a tt h ed i a m e t e ro ft h e8 0 4 2 - f e 2 0 3s o l i d a c i d sp r o d u c ti sn a n o s i z e dc r y s t a l l i t ew i t ht h ed i a m e t e ro f2 0 - 4 0 r i m t h e s o l i da c i dh a s4k i n d so fs u r f a c ea c i ds i t e so fd i f f e r e n ti n t e n s i t y t h ec a t a l y t i c a c t i v i t y o ft h ec a t a l y s ti n l i q u e f a c t i o n r e a c t i o no f c o r n s t a l kw a sr e s e a r c h e d f u r t h e rm o r e ，t h ei n f l u e n c e so fr e a c t i o n t e m p e r a t u r e ，r e a c t i o nt i m ea n dd o s a g eo fc a t a l y s te t c w e r ei n v e s t i g a t e d d i r e c tl i q u e f a c t i o no fc o r ns t a l kw a sc a r r i e do u ti na n2 5 0 m la u t o c l a v e a n dt h el i q u i dp r o d u c t i o nw a sm e n s u r a t e db yi r t h er e s u l t ss h o w nt h a t the c a t a l y s tg a i n e db yr o a s t i n gf o r3 hu n d e rt e m p e r a t u r e5 50 。cw a sg o o d f o rt h el i q u e f a c t i o nr e a c t i o no fc o r n s t a l k u n d e rt h ec o n d i t i o n s ，t h a ti s ，t h e r e a c t i o nt e m p e r a t u r ei s2 6 0 c ，t h ei n i t i a lh y d r o g e np r e s s u r e si s1 0 m p a ， a n dt h er e a c t i o nt i m ei slh ，t h ec o n v e r s i o no fc o r n s t a l kc a l lb eu pt o 8 8 as e r i e so fm e t a l i o n s d o p e ds 0 4 2 f e 2 0 3a c i d sw e r ep r e p a r e db y i i i 北京化工大学硕士学位论文 i m p r e g n a t e df e o ( o h ) u s i n gd i l u t e dn i c k e ls u l f a t e ，f e r r o u ss u l f a t e ，z i n c s u l f a t ea n da l u m i n i u ms u l f a t ee t c t h ei n f l u e n c e so fd i f f e r e n tm e t a l i o n s t ot h e c a t a l y t i ca c t i v i t y o ft h e c a t a l y s t w e r e i n v e s t i g a t e db y t h e l i q u e f a c t i o nr e a c t i o no fc o m s t a l k t h er e s u l t ss h o w nt h a tt h es a m p l e s d o p e db yn i 2 + a n dz n 2 + s h o wh i g h e rc a t a l y t i ca c t i v i t yt h a ns 0 4 2 f e 2 0 3 w h e nc a t a l y z e db yn i 2 + s 0 4 2 f e 2 0 3t h ec o n v e r s i o no fc o r n s t a l kc a nb e u pt o8 6 4 a tt h et e m p e r a t u r eo f 2 4 0 。c k e yw o r d s ： s 0 4 2 - f e 2 0 3 s o l i da c i d ，c o m s t a l k l i q u e f a c t i o n ， n a n o c a t a l y s i v 曹 目录 目录 第一章绪论1 1 1 生物质能源简介1 1 1 1 生物质的组成和反应特性2 l1 1 1 纤维素2 1 1 1 2 半纤维素3 1 1 1 3 木质素4 1 2 生物质能的利用技术5 1 2 1 气化6 1 2 2 热解6 1 2 3 液化7 1 3 生物质直接液化技术的研究进展7 1 4 我国农作物秸秆利用状况1 0 1 5 固体酸催化剂的研究概况1 2 1 5 1 固体酸催化剂的分类1 2 1 5 2 固体酸催化剂的制备1 3 1 5 2 1 沉淀法1 4 1 5 2 2 浸渍法1 4 1 5 2 3 热分解法1 4 1 5 2 4 熔融法1 5 1 5 2 5 水热合成法1 5 1 5 3 固体超强酸的改性1 6 1 5 3 1 促进剂的改性1 6 1 5 3 2 载体的改性1 6 1 5 4 固体酸催化剂的表面酸性1 8 1 5 5 固体超强酸的酸中心模型2 0 1 5 6 固体超强酸的应用2 1 1 6 本文的研究内容及意义2 1 1 6 1 主要研究内容2 1 1 6 2 本研究工作的意义2 2 第二章s 0 4 2 f e 2 0 3 固体酸催化剂的制备及表征2 3 v 北京化工大学硕士学位论文 2 1 实验试剂及仪器设备2 3 2 1 1 实验试剂2 3 2 1 2 实验仪器2 3 2 2 实验部分2 4 2 2 1s o , 2 f e 2 0 3 固体酸的制备2 4 - 2 2 2 催化剂的制备条件考察2 4 2 2 2 1 实验装置2 4 2 2 2 2 液化反应及产物处理2 6 2 2 3 催化剂的表征2 6 2 2 3 1 催化剂的t e m 表征2 6 2 2 3 2 催化剂的x r d 表征2 7 2 2 3 3 催化剂的取表征2 7 2 2 3 4 催化剂的n h 3 t p d 表征2 7 2 3 结果与讨论2 7 2 3 1 催化剂的制备条件考察2 7 2 3 1 1 催化剂的焙烧温度选择2 7 2 3 1 2 焙烧时间的选择2 8 2 3 1 3 浸渍酸浓度的选择2 9 2 3 2 催化剂的表征3 0 2 3 2 1 催化剂的t e m 分析3 0 2 3 2 2 催化剂的x r d 分析3 0 2 3 2 3 催化剂的p y i r 分析3 2 2 3 2 4 催化剂的n h 3 t p d 分析3 3 2 4 本章小结3 3 第三章玉米秸秆的液化条件考察3 5 3 1 实验试剂及仪器设备3 5 3 1 1 原料及试剂3 5 3 1 2 实验仪器3 5 3 2 实验部分3 5 3 3 结果与讨论3 6 3 3 1 反应温度对转化率的影响3 6 3 3 2 氢气初始压力对秸秆转化率的影响3 7 v i 目录 3 3 3 液化时间对转化率的影响3 7 3 3 4 催化剂用量对秸秆转化率的影响3 8 3 4 液化产物的初步分析3 9 3 5 本章小结4 0 第四章s 0 4 2 f e 2 0 3 固体酸改性的初步研究4 1 4 1 试验试剂及仪器4 l 4 1 1 实验试剂4 1 4 1 2 实验仪器4 1 4 2 实验部分4 2 4 2 1 金属离子改性的固体酸制备4 2 4 2 2s 0 4 z z r 0 2 的制备4 2 4 2 3s 0 4 2 f e 2 0 3 z r 0 2 的制备4 2 4 2 4 改性催化剂的活性考察4 2 4 3 结果与讨论4 3 4 3 1 不同离子对催化剂活性的影响4 3 4 3 2n i 2 + s 0 4 2 f e 2 0 3 和z n 2 + s 0 4 2 - f e 2 0 3 的t e m 分析4 4 4 3 3 不同z 柙e 比对催化剂活性的影响4 5 4 4 本章小结4 6 第五章主要结论4 7 参考文献4 8 致谢5 4 研究成果及发表的学术论文5 5 作者及导师简介5 6 v i l 北京化工大学硕士学位论文 c o n t e n t s c h a p t e r 1i n t r o d u c t i o n 1 1 1i n t r o d u c t i o no fb i o m a s se n e r g y ：1 1 1 1c o m p o n e n ta n dc h a r a c t e r i s t i co f t h eb i o m a s s 2 1 1 1 1c e l l u l o s e 2 1 1 1 2h c m i c e l l u l o s e 3 1 1 1 3l i 9 1 1 i n 4 1 2b i o m a s se n e r g yu t i l i z a t i o nt e c h n o l o g y 5 1 2 1g a s i f i c a t i o n 6 1 2 2p y r o l y s i s 6 1 2 3l i q u e f a c t i o n 7 1 3r e s e a r c hp r o g r e s si nl i q u e f a c t i o nt e c h n o l o g i e so f b i o m a s s 7 1 4u t i l i z a t i o nc o n d i t i o no f c r o ps t r a wi nc h i i l a 1 0 1 5t h es t u d ys u r v e yo f s o l i da c i dc a t a l y s t 1 2 1 5 1c l a s s i f i c a t i o no fs o l i da c i dc a t a l y s t 1 2 1 5 2p r e p a r a t i o no fs o l i da c i dc m m y s t 1 3 1 5 2 1p r e c i p i t a t i o nm e t h o d 1 4 1 5 2 2i m m e r s i o nm e t h o d 1 4 1 5 2 3t h e r m a ld e c o m p o s i t i o nm e t h o d 1 4 1 5 2 4m e l t i n gm e t h o d 1 5 1 5 2 5h y d r o t h e r m a ls y n t h e s i sm e t h o d 15 1 5 3m o d i f i c a t i o no f s o l i ds u p e r a c i d 1 6 1 5 3 1m o d i f i c a t i o no f a c c e l e r a t o r 1 6 1 5 3 2m o d i f i c a t i o no fc a r r i e r 16 1 5 4s u r f a c ea c i d i t yo f s o l i da c i dc a t a l y s t s 1 8 1 5 5t h ea c i dc e n t e r so fs o l i ds u p e r a c i d 2 0 1 5 6a p p l i c a t i o no f s o l i ds u p e r a c i d 2 1 1 6r e s e a r c hc o n t e n ta n dm e a n i n go f t h i st h e s i s 2 1 1 6 1r e s e a r c hc o n t e n t 21 1 6 2m e a n i n go ft h er e s e a r c h 2 2 c h a p t e r 2p r e p a r a t i o na n dc h a r a c t e r i z a t i o no fs 0 4 2 - f e 2 0 3 一2 3 v i i i ， e 2 1r e a g e n ta n di n s t r u m e n t s 2 3 2 1 1e x p e r i m e n tr e a g e n t 2 3 2 1 2e x p e r i m e n ti n s t r u m e n t s ”2 3 2 2e x p e r i m e n t s 2 4 2 2 1p r e p a r a t i o no f s 0 4 2 f e 2 0 3 2 4 2 2 2i n v e s t i g a t i o no fp r e p a r a t i o nc o n d i t i o no fc a t a l y s t s 2 4 2 2 2 1e x p e r i m e n ti n s t a l l a t i o n 2 4 2 2 2 2l i q u e f a c t i o na n dp r o d u c tt r e a t m e n t 2 6 2 2 3c h a r a c t e r i z a t i o no f t h ec a t a l y s t s 2 6 2 2 3 1t e mc h a r a c t e r i z a t i o n 2 6 2 2 3 2x r dc h a r a c t e r i z a t i o n 2 7 2 2 3 3i rc h a r a c t e r i z a t i o n 2 7 2 2 3 4n h l t p dc h a r a c t e r i z a t i o n 2 7 2 3r e s u l t sa n dd i s c u s s i o n 2 7 ， 2 3 1i n v e s t i g a t i o no f p r e p a r a t i o nc o n d i t i o no f c a t a l y s t s 2 7 2 3 1 1t h es e l e c t i o no f c a l c i n a t i o nt e m p e r a t u r e 2 7 2 3 1 2 t h es e l e c t i o n o f c a l c i n a t i o n t i m e 2 8 ，。：二： 2 3 1 3t h es e l e c t i o no f d i p p i n ga c i d 2 9 2 3 2c h a r a c t e r i z a t i o no f t h ec a t a l y s t s 3 0 2 3 2 1t e m a n a l y s i so f t h ec a t a l y s t 。3 0 二 2 3 2 2x r da n a l y s i so f t h ec a t a l y s t 3 0 2 3 2 3p y i ra n a l y s i so f t h ec a t a l y s t 3 2 2 3 2 4n h 3 t p da n a l y s i so f t h ec a t a l y s t 3 3 2 4c o n c l u s i o no f t h i sc h a p t e r 3 3 c h a p t e r 3i n v e s t i g a t i o no fl i q u e f a c t i o nc o n d i t i o n so f c o r n s t a l k 3 5 3 ir e a g e n ta n di n s t r u m e n t s 3 5 3 1 1e x p e r i m e n tr e a g e n t 3 5 3 1 2e x p e r i m e n ti n s t r u m e n t s 3 5 3 2e x p e r i m e n t s “3 5 3 3r e s u l t sa n dd i s c u s s i o n 3 6 3 3 1e f f e c to f t h er e a c t i o nt e m p e r a t u r eo nt h ec o r n s t a l kc o n v e r s i o n 3 6 3 3 2e f f e c to f t h ei n i t i a lh y d r o g e np r e s s u r e so nt h ec o r n s t a l kc o n v e r s i o n 3 7 i x 北京化工大学硕士学位论文 3 3 3e f f e c to f t h er e a c t i o nt i m eo nt h ec o r n s t a l kc o n v e r s i o n 3 7 3 3 4e f f e c to f t h ec a t a l y s td o s a g eo nt h ec o r n s t a l kc o n v e r s i o n 3 8 3 4p r e l i m i n a r ya n a l y s i so f l i q u e f a c t i o np r o d u c t s 3 9 3 5c o n c l u s i o no f t h i sc h a p t e r 4 0 c h a p t e r 4p r e l i m i n a r yr e s e a r c ho nm o d i f y i n gs 0 4 二f e 2 0 3 。41 ：， 4 1r e a g e n ta n di n s t r u m e n t s 4 1 4 1 1e x p e r i m e n tr e a g e n t 4 1 4 1 2e x p e r i m e n ti n s t r u m e n t s 4 1 4 2e x p e r i m e n t s 4 2 4 2 1p r e p a r a t i o no fs o l i da c i dd o p i n gm e t a li o n s 4 2 4 2 2p r e p a r a t i o no fs 0 4 2 z r 0 2 4 2 4 2 3p r e p a r a t i o no fs 0 4 2 f e 2 0 3 z r 0 2 4 2 4 2 4i n v e s t i g a t i o no f a c t i v i t yo f t h em o d i f i e dc a t a l y s t 4 2 4 3r e s u l t sa n dd i s c u s s i o n 4 3 4 3 1e f f e c to f d i f f e r e n ti m p r e g n a n to nt h ea c t i v i t y 4 3 4 3 2a n a l y s i so f t h et e mo f n i 2 + s 0 4 2 f e 2 0 3a n dz n 2 + s 0 4 2 - f e 2 0 3 4 4 4 3 3e f f e c to f d i f f e r e n tz r f es c a l eo nt h ec o r n s t a l kc o n v e r s i o n 。4 5 4 4c o n c l u s i o no f t h i sc h a p t e r 4 6 c h a p t e r5m a i n c o n c l u s i o n - - 4 7 r e f e r e n c e 4 8 a c k n o w l e d g e m e n t 5 4 a c h i e v e m e n ta n dp a p e rp u b l i s h e d 5 5 i n t r o d u c t i o no fa u t h o ra n dt u t o r 5 6 x 第一章绪 论 第一章绪论 众所周知，人口、资源、环境是决定一个国家能否可持续发展的长期制约因 素，而作为现代社会经济发展基本动力之一的能源，特别是石油这种被称之为现 代工业血液的液体能源，与这3 个因素密切相关。人类对于化石能源的极大依赖， 不仅对人类赖以生存的环境带来了严重的污染，并且由于这种能源的匮乏，成为 社会的潜在危机。一方面，2 0 世纪7 0 年代的石油危机使人们深刻认识到能源短 缺对国家可持续发展的威胁。另一方面化石燃料的大量使用，释放出大量的粉尘、 c 0 2 、s 0 2 和n o x 等有害物质，己引起了日益严重的环境污染问题，如破坏生物 圈碳平衡，导致全球气温变暖，污染大气环境，酸雨和其他自然灾害频频发生， 严重地威胁人类的生存环境。因此，寻找开发新能源和可再生能源取代化石燃料 成为全世界普遍关注的焦点。在此背景下，生物质能源以其产量巨大、可再生性 强、对环境无污染等优势吸引了无数科学工作者的目光。生物质能的利用前景已 引起国际社会的重视，许多发达国家和发展中国家纷纷将其列为国家能源可持续 发展战略的重要组成部分和2 1 世纪能源发展战略的基本选择之一。 我国是农业大国，每年至少有7 亿吨的农作物废弃物，相当于3 5 亿吨标准 煤，这些生物质能源占我国农村能源消费的第一位，但这部分资源多数是以直接 燃烧提供热能的方式利用的，热效率只有6 1 0 ，这不但是资源的浪费，还 会造成环境污染，因此开发不同形式的生物质能源的高效利用方法，对于解决我 国的能源短缺和环境污染问题都具有重大的现实意义。 1 1 生物质能源简介 生物质能是指直接或间接地通过绿色植物的光合作用将太阳能转化为化学 能固定和贮藏在生物体内的能量。可作为能源加以利用的生物质，主要有植物、 农作物及其废弃物、林产物及其加工废弃物、海产物( 如各种藻类) 和有机废弃物 ( 如城市垃圾) 等。 与化石能源相比，生物质能源具有以下优点：( 1 ) 生物质为年复一年的可再 北京化工大学硕士学位论文 生物质且年产量极大；( 2 ) 生物质是一种清洁燃料，含硫量极低，含氮量不高， 所以燃烧后硫氧化物和氮氧化物的排放量很低，且生物质中灰分一般也很少，因 而充分燃烧后烟尘含量很低；( 3 ) 生物质分布地域广泛，是生长植物的地域都可 利用。特别是缺少煤炭资源的地区，更有其开发利用生物质的必要性。 但是，生物质能源的应用也存在局限性：首先，生物质的松散分布不利于生 物质能的大规模开发利用。生物质的复杂形态导致其运输和处理的不便，提高了 生物质燃料的生产成本。解决这一问题的方法是将生物质转变为高能量密度和便 于处理的气体、液体或固体燃料。其次，现阶段生物质能的价格与化石能源相比 还不具有竞争力，过高的生产成本不利于它的进一步开发利用。但是我们应当看 到，随着开发利用技术的改进，生物质能的价格正在逐渐降低，而化石能源的价 格必将上涨。 据统计，生物质能在世界能源消耗中仅次于石油、煤炭及天燃气等化石能源， 居第四，约占1 4 。尽管如此，全球仅有约1 1 0 的生物质能被使用，而剩下的 部分尚未被开发利用。 1 1 1 生物质的组成和反应特性 生物质的主要成分包括纤维素、半纤维素、木质素以及其它的一些有机物质。 但不同的生物质其各自的比例大有不同。 1 1 1 1 纤维素 纤维素是世界上最丰富的可再生资源，一般占生物质的4 0 4 5 。绿色植物 通过光合作用把c 0 2 和水转化成有机物，其中纤维素是主要的储藏形式。纤维 素是由脱水d 一葡萄糖通过相邻糖单元的1 位和4 位之间的b 糖苷键连接而成的， 几千个葡萄糖分子以这种方式构成纤维素大分子，不同的纤维素分子又通过氢键 形成大的聚集体。纤维素的化学分子式为( c 6 h l 0 0 5 ) n ( n 为分子聚合度) ，分子聚 合度一般在1 0 0 0 0 以上，其结构中c 0 c 键比c c 键弱，易断开而使纤维素易 于发生降解。图1 1 是纤维素的结构【l 】。 2 第一章绪论 h o o h o h o 一 图1 1 纤维素的分子结构 f i g 1 1m o l e c u l a rs t r u c t u r eo fc e l l u l o s e o h o h 纤维素的化学反应主要分为两大类：纤维素的降解反应和纤维素羟基有关的 衍生化反应。前者包括纤维素的氧化、酸解、碱解、机械降解、光解、离子辐射 和生物降解等，后者包括纤维素的酯化、醚化、亲核取代、接枝共聚和教练等化 学反应。 纤维素大分子中的1 3 1 , 4 糖苷键是一种缩醛键，对酸特别敏感，在适当的氢 离子浓度、温度和时间作用下，糖苷键断裂，聚合度下降，还原能力提高，这类 反应称为纤维素的酸性水解。纤维素酸水解得到的可溶性成分主要是糖( 如木糖、 葡萄糖、纤维二糖) ，糠醛类( 如糠醛、羟甲基糠醛) 和有机酸( 如乙酸、甲酸、乙 酰丙酸1 。 生物质在浓酸中的均相水解是纤维素晶体结构在酸中润胀或溶解后，通过形 成酸复合物再水解成低聚糖和葡萄糖： 纤维素一酸复合物一低聚糖一葡萄糖 在稀酸中则经历多相水解。水解发生于固相纤维素和稀酸溶液之间，在高温 高压下，稀酸可将纤维素完全水解成葡萄糖： 纤维素一水解纤维素一可溶性多糖一葡萄糖 1 1 1 2 半纤维素 半纤维素( h e m i c e l l u l o s e ) 是植物纤维原料中的另一个主要组成，是植物中除 纤维素以外的碳水化合物( 淀粉与果胶质等除外) ，主要由木糖、甘露糖、葡萄糖 等构成，是一类多糖化合物。半纤维素与纤维素之间的化学结构差别主要在于： 半纤维素由不同的糖单元组成，较之纤维素，它的分子链要短得多，并有支链： 3 北京化工大学硕士学位论文 它的主链可由一种糖单元构成均一聚糖，如聚木糖半纤维素，也可以由两种或更 多种糖单元构成的非均聚糖，如聚葡萄糖甘露糖类半纤维素。 不同植物中半纤维素的含量不同，结构亦不同。半纤维素的聚合物主链可以 由同一种糖单元构成，也可由多种糖单元构成，糖与糖之间的连接方式也不同。 事实上，半纤维素是多种糖的共聚物的总称。图1 2 为半纤维素的部分结构【2 1 。 通常根据聚合物主链的组成，将半纤维素大致分为三类：( 1 ) 聚木糖类半纤 维素；( 2 ) 聚葡萄糖甘露糖类半纤维素；( 3 ) 其它类型半纤维素。 由于半纤维素是不同种类糖的共聚物，与纤维素类似，每个糖单元上还有轻 基、烷氧基等活性基团，因此，半纤维素具有与纤维素类似的化学反应。半纤维 素容易发生热解，热解主要集中在2 5 0 3 4 0 范围内，这一温度区间析出的挥发 分占总挥发分的7 4 。 、 i o 1 1 1 3 木质素 图1 2 半纤维素的部分结构 f i g 1 2t h ep a r t i a ls t r u c t u r eo fh e m i c e l l u l o s e 木质素( l i 鲥n ) 是植物界中仅次于纤维素的最丰富和最重要的有机高聚物之 一，木质素的单体是一类具有苯丙烷骨架的多羟基化合物，单体间通过c c 键 4 第一章绪 论 和c o c 键形成复杂的无定型高聚物，常与纤维素结合在起作为细胞间质填 充在细胞壁和微细纤维之间，也存在于细胞间层，把相邻的细胞连接在一起，发 挥木质素的作用。 木质素生源合成的研究表明，构成木质素的三种前体分别是松柏醇( i ) 、芥子 醇( i i ) 、和对香豆醇( i i i ) ，如图1 3 所示【3 1 。 c h 2 0 h i c h | i c h l o h i o c h 3 c h 2 0 h i c h i | c h c h 。o h i c h | l