检索结果-南通市图书馆

作者：张雄华南理工大学

学位级别：硕士

生物质化学催化转化制备燃料和化学品是生物质资源综合利用的重要途径,能有效地缓解当前面临的能源危机和环境污染等问题。近年来,关于生物质中纤维素催化转化制备5-羟甲基糠醛等小分子化合的研究是当前研究的热点。纤维素催化转化制备5... 详细信息

生物质化学催化转化制备燃料和化学品是生物质资源综合利用的重要途径,能有效地缓解当前面临的能源危机和环境污染等问题。近年来,关于生物质中纤维素催化转化制备5-羟甲基糠醛等小分子化合的研究是当前研究的热点。纤维素催化转化制备5-羟甲基糠醛需经历纤维素水解、葡萄糖异构和果糖脱水三个步骤,其中,葡萄糖异构制备果糖是该过程的关键步骤,因此实现葡萄糖高效催化异构过程具有重要意义。基于当前葡萄糖异构催化剂的不足,本文构建了环境友好的离子液体催化剂用于催化葡萄糖异构反应,在温和的条件下实现了葡萄糖的高效异构制备果糖的反应。本论文主要包括以下内容:(1)本文首先采用盐交换法制备了阴离子为羧酸根、氢氧根、碳酸根、脯氨酸根的系列碱性功能化离子液体,采用FT-IR、NMR、TG、电位滴定等表征手段对碱性离子液体的结构与理化性质进行了表征,并考察了其催化葡萄糖异构制备果糖的性能。研究结果表明:碱性离子液体催化剂具备良好的催化异构活性。优化的实验条件下,催化剂[N4,4,4,4]Pro用量为葡萄糖量的20 mol%;反应温度80 oC;反应时间30 min,果糖的产率和选择性分别为36.8%和73.8%。对碱性功能化离子液体催化葡萄糖异构过程进行动力学分析发现,该反应过程符合一级反应动力学,且反应活化能为34.42 KJ/mol,低于当前文献报道水平,这也是其具备良好催化活性的主要原因。在此基础上,本文进一步采用同位素标记法对碱性离子液体催化葡萄糖异构反应机理进行了探究,二维核磁结果分析表明:在以水为溶剂的条件下,碱性离子液体催化葡萄糖异构过程遵循Lobry de Bruyn-van Ekenstein反应机理。(2)常规碱性离子液体在葡萄糖化学异构制备果糖反应中表现出优异的催化活性,但近年来,其生物安全性受到了学术界的广泛关注。基于此,本论文进一步开发了系列低毒、生物可降解离子液体催化剂并考察了其催化葡萄糖异构性能。本文成功地制备以胆碱为阳离子,以氨基酸根为阴离子的离子液体,采用FT-IR、NMR、TG、电位滴定等表征手段对胆碱氨基酸离子液体的结构和理化性质进行了表征,对其催化葡萄糖异构制备果糖的活性进行了考察。实验结果表明,当以[Ch]Pro为催化剂时,葡萄糖异构制备果糖最佳反应条件为:催化剂用量为葡萄糖用量的20 mol%;反应温度70 oC;反应时间30 min;在该条件下,果糖的产率和选择性分别为37.6%和77.2%。

关键词：葡萄糖果糖化学异构碱性离子液体反应机理

CrMnOx复合氧化物基催化剂结构及低温NH3-SCR性能研究

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CrMnOx复合氧化物基催化剂结构及低温NH3-SCR性能研究

作者：张燕科华南理工大学

学位级别：硕士

作为一个“缺油、少气、富煤”的国家,如何有效处理燃煤过程中产生的废气,避免严重环境问题的产生是一个重要的问题。目前,国内外主要采用SCR技术处理火电厂中产生的氮氧化物。本文使用柠檬酸法制备得到了一系列的CrMnO及Co-CrMnO材料... 详细信息

作为一个“缺油、少气、富煤”的国家,如何有效处理燃煤过程中产生的废气,避免严重环境问题的产生是一个重要的问题。目前,国内外主要采用SCR技术处理火电厂中产生的氮氧化物。本文使用柠檬酸法制备得到了一系列的CrMnO及Co-CrMnO材料。研究发现,在300 C、400 C焙烧得到的CrMnO材料的催化转化NO的效率要明显高于在更高温度下(450 C、650 C)焙烧得到的材料,此时的材料表现为无定形结构。其中,当催化剂用量为1.5 g时(质量空速为40000 mL g h),焙烧温度为300 C,在此温度下焙烧10 h后所得材料(300-10)在100 C时即能达到95%以上的NO转化率,相比其他的材料,其具有最佳的NO催化转化效率。利用XRD、Raman、TPR、XPS等一系列的表征技术对CrMnO材料结构进行表征,发现300-10材料具有最大的比表面积、还原能力和表面酸性。虽然300-10材料有着较高的NO催化转化效率,然而,从催化剂本征活性的结果来看,具有最佳催化能力的材料为300-5,100C时的真实活性为11.5 nmol m s,此时的300-10材料仅为3.8 nmol m s。根据NH-TPD、in situ-DRIFT的结果可得无定形材料中的催化能力的差异与材料表面的Lewis酸位点的密度呈线性相关。对Co-CrMnO材料研究发现,在80-140 C这一测试温度区间内,Co掺杂量为10%时(如无特别标注,本文中所有Co搀杂量比例均为摩尔比例)具有最高的催化效率。当催化剂用量为0.75 g时,在120 C达到了90%的转化率(最高活性点),催化效率为相同测试条件CrMnO-450材料的两倍;在测试温度区间为160-240 C时,Co掺杂量为20%时具有最高的催化效率,在催化剂用量为0.1 g时便可达到将近80%的转化率(240 C时)。利用XRD、Raman、TPR、XPS等一系列的表征技术对Co-CrMnO材料结构进行表征,发现Co元素主要以Co的形式掺杂的,且其引入导致低价态的Mn含量减少,Mn元素平均价态升高,使得改性材料的催化能力增加。

关键词：氮氧化物处理低温选择性催化还原铬锰复合氧化物钴掺杂材料柠檬酸法

Fe/USY催化木质素选择性氧化制备马来酸二乙酯研究

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Fe/USY催化木质素选择性氧化制备马来酸二乙酯研究

作者：陈汝嘉华南理工大学

学位级别：硕士

木质素作为自然界中唯一的可再生芳香碳资源,其高值化利用具有重要意义。通过木质素催化氧化可以得到各种功能化的高附加值化学品,但由于木质素结构稳定且复杂,当前木质素氧化过程中仍存在产物收率和选择性低,且均相催化剂难以回收利用... 详细信息

木质素作为自然界中唯一的可再生芳香碳资源,其高值化利用具有重要意义。通过木质素催化氧化可以得到各种功能化的高附加值化学品,但由于木质素结构稳定且复杂,当前木质素氧化过程中仍存在产物收率和选择性低,且均相催化剂难以回收利用等问题。因此,本文设计制备了USY分子筛负载硫酸铁催化剂,实现了木质素高效选择性氧化解聚,并揭示了催化剂的构-效关系,主要研究内容如下:(1)设计制备了系列Fe/USY分子筛催化剂,用于催化木质素氧化解聚。研究了不同铁源和负载量对催化活性的影响,并用XRD、UV-Vis DRS和XPS等表征手段研究了催化剂结构和理化性质。实验结果表明,以5Fe/USY-S为催化剂,在最佳条件下(1.0 MPa O,165℃,12 h),木质素转化率为75.0%,马来酸二乙酯的收率和选择性分别达到了53.0 wt.%和72.1%。由表征结果可知,Fe(SO)是木质素氧化的主要活性物种,SO与Fe之间的协同作用能够为木质素氧化过程提供较强的氧化还原性和适宜的酸性位。此外,5Fe/USY-S中含有大量的孤立Fe物种,促进了木质素的高效转化。(2)考察了焙烧温度对Fe和S物种的调变作用。采用TEM、TG和UV-Vis DRS等手段对催化剂进行表征。结果表明:550℃条件下焙烧制得的5Fe/USY-550催化剂具有最高的催化活性。根据催化剂结构分析可知,焙烧温度较低时容易形成无定形的Fe(SO),且活性组分与载体的相互作用较弱。当焙烧温度为550℃时,形成了六方晶相的Fe(SO)和FeO,而继续升高焙烧温度会导致Fe(SO)由六方晶相转变为单斜晶相,且出现活性组分的烧结,从而导致催化活性降低。(3)以β-O-4和5-5二聚体为反应底物研究了5Fe/USY-S催化木质素选择性氧化的反应路径。研究发现,5Fe/USY-S对β-O-4和5-5模型化合物均具有较好的催化活性。木质素氧化解聚制备马来酸二乙酯主要通过以下反应途径进行:硫酸根自由基夺取酚羟基中的氢,形成醌式结构,从而促进C-C键和C-O键的同时断裂,直接形成脂肪族酯类产物。

关键词：木质素 Fe/USY-S 选择性氧化马来酸二乙酯

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膜蒸馏过程的CFD模拟及其脱盐系统设计

膜蒸馏过程的CFD模拟及其脱盐系统设计

作者：卢帅涛华南理工大学

学位级别：硕士

膜蒸馏可在常压条件下利用100°C以下的低温热源进行高浓盐水脱盐,广泛应用于反渗透海水淡化过程集成和太阳能、地热等资源利用领域。膜蒸馏处理高浓盐水时,盐分不仅可能在膜面的结晶析出,还会导致严重的浓度极化现象影响正常操作。然... 详细信息

膜蒸馏可在常压条件下利用100°C以下的低温热源进行高浓盐水脱盐,广泛应用于反渗透海水淡化过程集成和太阳能、地热等资源利用领域。膜蒸馏处理高浓盐水时,盐分不仅可能在膜面的结晶析出,还会导致严重的浓度极化现象影响正常操作。然而现有膜蒸馏研究较少关注高浓料液的浓缩特性,特别是尚未发现有揭示关键的膜蒸馏浓度场分布特性。为此,本文采用计算流体力学(CFD)方法详细研究了膜蒸馏单元中的传递现象,通过对膜侧流道的温度场和浓度场分析,揭示了高浓度膜蒸馏操作的传质分离规律和优化操作特征。在阐明膜蒸馏单元操作特性的基础上,进一步对膜蒸馏高浓脱盐过程进行了系统分析和优化,重点研究了在多膜蒸馏子系统组成的复合系统中,系统阵列设计与优化对复合系统的综合影响。本文主要工作包括膜蒸馏单元中的CFD模拟和膜蒸馏系统的流程模拟与优化,具体如下:(1)基于膜蒸馏热质传递机理建立了二维CFD模型。利用商用CFD软件FLUENT模拟了平板膜组件中的膜蒸馏过程,模拟结果与文献实验值较吻合,相对平均偏差为6.0%。利用所建立的CFD模型,模拟了不同料液温度、浓度及流速下的膜蒸馏过程。通过分析不同操作条件下的渗透通量变化、膜组件内的温度场和浓度场分布及过饱和度分布,确定了膜蒸馏过程的适宜操作条件:对于较低浓度原料(即料液侧进口NaCl质量分数为0.15),可采用低流速(0.02.06m/s)操作条件;而较高浓度料液的浓缩(即NaCl质量分数为0.25)时,应采取高料液侧流速操作(≥0.07m/s)以避免膜表面NaCl过饱和结晶析出影响膜蒸馏正常进行。(2)基于膜蒸馏单元过程的分析,建立了中空纤维管式膜组件的膜蒸馏模型,进而开发了Aspen Plus中的用户自定义膜蒸馏单元计算模块。进而在Aspen Plus中建立了膜蒸馏复合系统,其中包括多个可独立操作并具有相同结构和完整脱盐功能的膜蒸馏子系统。采用流程模拟方法研究了等膜长度和等膜丝数两种典型的子系统间复合阵列结构对膜蒸馏复合系统产能、能耗和生产成本的影响。模拟结果表明:在固定操作条件下,采用等膜丝数阵列结构有利于脱盐系统的提产、降耗和降低成本,且采用高填充密度膜组件的效果更为显著;优化各单元循环流量能有效降低生产成本,在优化循环流量条件下采用等膜丝数的阵列结构能进一步降低成本25%。本文的CFD模拟工作将填补高浓料液膜蒸馏浓缩的CFD传质研究空白,促进膜蒸馏跨膜传递机理研究的发展;同时本文的流程模拟工作将加深膜蒸馏系统设计和优化的理解,为膜蒸馏工业化应用夯实基础。

关键词：膜蒸馏计算流体力学脱盐系统设计优化模拟

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FeOx基复合材料光催化木质素解聚研究

FeOx基复合材料光催化木质素解聚研究

作者：曹铭隆华南理工大学

学位级别：硕士

化石资源的不可再生已经成为社会可持续发展的隐忧。寻找化石资源的替代品是目前全球科研工作者的共同使命之一。生物质是一类存量丰富的可再生资源。作为生物质主要组分之一的木质素,是唯一大量且天然存在的具有芳香环结构的可再生资... 详细信息

化石资源的不可再生已经成为社会可持续发展的隐忧。寻找化石资源的替代品是目前全球科研工作者的共同使命之一。生物质是一类存量丰富的可再生资源。作为生物质主要组分之一的木质素,是唯一大量且天然存在的具有芳香环结构的可再生资源。因此发展木质素来源的化学品制备路线具有重大战略意义。作为一种绿色、温和的催化方式,光催化在木质素解聚领域具有很大潜力。但由于木质素具有复杂且稳定的化学结构,传统光催化过程对木质素的转化能力较低,而光Fenton等高级氧化过程又会造成木质素过度氧化,不能较好保留高值芳香化合物。因此开发一种能温和且有效转化木质素的光催化反应体系具有较高的研究价值。本文基于Fe O基复合材料的特性,构建了光催化木质素氧化解聚体系,并初步探索了多功能催化剂在热催化与光催化木质素解聚串联过程中的性能。研究内容如下:(1)制备了木质素磺酸钠(SL)掺杂FeO-TiO催化剂,研究了复合催化剂的物理化学性质及其在紫外光下协同HO催化有机溶蔗渣木质素解聚中的构效关系。实验结果表明:在UV光下经12 h反应,可实现69.7%的木质素转化率,得到27.7 mg/g 的二元羧酸酯类及单酚产物,其中二元羧酸酯选择性达到82.3%。通过红外光谱和二维核磁异核单量子相关谱等证实,本论文构建的光催化氧化体系能有效作用于木质素S/G单元中的α-O-4和β-O-4键构上的C-O键,并进一步实现部分苯环产物的开环氧化。(2)为探究木质素在SL-FeO-TiO光催化作用下的反应机制,详细研究了α-O-4型模型化合物在该体系中的反应过程。研究表明,光生空穴及超氧自由基是反应中的主要活性物种并能有效断裂α-O-4键,延长反应进程会造成苯环的开环及酯化,生成C2-C6羧酸酯。研究进一步证明,本体系对β-O-4型,β-O型,α-O型等C-O醚键化合物及5-5,β-1型等C-C键模型化合物具备广泛适用性。(3)制备了FeO-g-CNZ型异质结复合材料,并初步探索了其作为多功能催化剂在热催化与光催化木质素解聚串联过程中的应用。系列表征结果证明,FeO-g-CN通过光催化过程能够实现木质素中C-O键的断裂,促进S,G,H单元的转化,而热催化木质素解聚与光催化木质素解聚过程的串联进行,可以在一定程度上改变木质素解聚产物的分布,为实现木质素深度转化并调控产物种类提供潜在应用。

关键词：木质素 FeOx基复合材料光催化氧化 Z型异质结

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选择性解聚木质素制备对香豆酸甲酯的研究

选择性解聚木质素制备对香豆酸甲酯的研究

作者：吴远昊华南理工大学

学位级别：硕士

现如今化石资源的消耗量巨大,其不可再生性注定会影响社会的可持续发展。相比之下,木质素的元素组成与之类似,同样含有芳香结构且具有存量丰富、可再生等优势。故木质素成为了化石资源最有希望的替代品之一,而木质素的解聚也成为了当今... 详细信息

现如今化石资源的消耗量巨大,其不可再生性注定会影响社会的可持续发展。相比之下,木质素的元素组成与之类似,同样含有芳香结构且具有存量丰富、可再生等优势。故木质素成为了化石资源最有希望的替代品之一,而木质素的解聚也成为了当今的研究热点。对香豆酸甲酯(MPC)可用于制备各类精细化学品或聚合物,其生产主要依靠石油化工。目前报道中通过解聚木质素制备对香豆酸甲酯所选用的离子液体或负载型催化剂都较为复杂,所以需要构建一个更为简单的、经济的反应体系来实现这一过程。鉴于此,本论文选用了一系列金属盐与金属氧化物作为催化剂选择性催化解聚木质素制备对香豆酸甲酯。主要内容如下:(1)选择了一系列金属盐催化解聚蔗渣木质素。结果表明在金属盐催化剂中CuCl对于解聚草本木质素制备MPC具有最佳的催化活性和产物选择性,在最优反应条件下MPC的收率为9.03 wt%,选择性为71.2%。(2)为了探究CuCl催化木质素的解聚路径,采用了GPC、FT-IR、H-NMR以及2D HSQC等表征手段,并结合模型化合物反应进行研究分析,结果发现:反应主要通过断裂木质素中p CA(p-coumaric acid)结构所连接的酯键得到MPC。由于该体系中酯键的断裂的远比醚键的断裂要容易的多,故实现了高选择性地催化解聚草本木质素制备MPC。(3)考虑到金属盐的回收难度大,进而构建了一种使用金属氧化物作为催化剂解聚草本木质素制备对香豆酸甲酯的反应体系。系统考察了不同金属氧化物、反应温度、反应时间以及溶剂种类等因素对制备MPC的影响,结果发现:金属氧化物中Zn O对于解聚草本木质素制备MPC具有最佳的催化活性,在最优反应条件下对香豆酸甲酯的收率为9.80 wt%,选择性为61.6%。

关键词：木质素对香豆酸甲酯金属盐金属氧化物选择性催化