电化学氧化降解纤维素的研究
面对人类资源和能源严峻的危机，高值化利用可再生的生物质替代或减少依赖不可再生化石能源，生产出可满足人类所需的材料，对于改善我们的生存环境质量意义重大。本研究的目的是将生物质纤维素降解成葡萄糖等可溶性小分子糖类或有机物。纤维素是植物残体中最丰富的成分，是由葡萄糖单元规则有序排列而成的大分子，但是由于结构中存在大量氢键，导致纤维素不溶于水，也难以发生反应降解。本论文提出通过电化学氧化法使纤维素的羟基氧化成羧基或实现化学键断裂而解聚的研究思想，以微晶纤维素(MCC)为研究对象，考察了其在三种电解体系中的降解效果，主要研究内容如下: 1.针对纤维素降解产物的复杂性，建立了用于评价纤维素降解效果的称重法、COD法和还原糖法三种指标体系，探讨了各自优缺点及适用范围:称重法最直观，其中包含了尚未完全解聚但可悬浮于水的纳米纤维素;还原糖法直接测定还原糖，不能表达降解的整体情况;COD法结果不仅包括降解的小分子产物，还包含了纳米纤维素上引入的还原性官能团。需依据具体反应体系选择合适的评价降解率评价指标。 2.建立了两种电解体系:一是在以石墨板为阳极、泡沫镍为阴极的电解体系中电解纤维素;二是在以RuO2/Ti电极为阳极、石墨毡电极为阴极的电解体系中，利用氧气在阴极的电化学还原在线产生的·OH氧化辅以阳极直接氧化的协同作用降解纤维素。两种电化学体系降解纤维素的效率，以称重法评价在15％左右，以COD法评价在55-65％之间，表明这种降解体系主要作用于微晶颗粒表面的官能团，并未实现有效降解。 3.建立了以TEMPO为媒介的电化学降解纤维素体系，采用电化学循环再生TEMPO方式，实现了无需外加试剂的电化学选择性氧化，经过48小时的连续电解，纤维素中约三分之一的葡萄糖单元中C6上羟基被选择性氧化为羧基;这种氧化预处理显著提高了纤维素水解效果，优化条件下降解达到81.73％（称重法），表明纤维素微晶颗粒得到了大幅度的降解。 总之，本文探究了以三种不同电化学方式氧化降解纤维素的方法，不需添加化学氧化剂，具有清洁节能高效简便的优点。这些研究结果为为清洁高效实现纤维素高值化利用奠定了基础。
纤维素;葡萄糖;电化学氧化降解
北京化工大学
硕士
化学工程与技术
万平玉
2015
中文
TQ352
103
2015-12-29（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）