【摘 要】
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木质纤维素生物质来源广泛、成本低廉,具有重要的开发利用价值。糠醛是一种由木质纤维素生物质衍生的高价值平台化学品,应用领域广泛,具有很高的经济价值。然而,环境污染、设备腐蚀、产率低等问题长期制约着相关产业的发展,探索绿色高效生产糠醛的新途径至关重要。鉴于此,本研究以毛竹半纤维素和木糖为原料,采用Br（?）nsted酸性离子液体作为反应相,有机溶剂用作萃取相,搭建实际可行的双相反应体系,并且优化反应条
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木质纤维素生物质来源广泛、成本低廉,具有重要的开发利用价值。糠醛是一种由木质纤维素生物质衍生的高价值平台化学品,应用领域广泛,具有很高的经济价值。然而,环境污染、设备腐蚀、产率低等问题长期制约着相关产业的发展,探索绿色高效生产糠醛的新途径至关重要。鉴于此,本研究以毛竹半纤维素和木糖为原料,采用Br（?）nsted酸性离子液体作为反应相,有机溶剂用作萃取相,搭建实际可行的双相反应体系,并且优化反应条件,探究不同的因素对糠醛得率的影响。主要研究内容和结论如下:（1）分别以毛竹半纤维素（BH）和木糖为原料,以Br（?）nsted酸性离子液体1-丁基-3-甲基咪唑硫酸氢盐（[Bmim]HSO4）作为反应相和催化剂、1,4-二氧六环用作萃取相,共同构筑双相体系,在微波辐射下生产糠醛。评估了保留时间、反应温度、[Bmim]HSO4的添加量、以及水的添加量对糠醛得率的影响。研究结果显示,木糖和BH的最高总糠醛得率分别达到55.65 mol%和68.37 mol%,通过添加少量水进一步提高到63.87 mol%和85.69 mol%。动力学分析表明,由BH水解形成的木糖脱水生成糠醛的速率常数几乎是直接以木糖为底物脱水生产糠醛的速率常数的两倍。与BH水解成木糖相比,木糖脱水成糠醛需要更高的活化能。在两相介质中,消耗糠醛形成副产物的活化能高于73 k J/mol。回收的[Bmim]HSO4具有很好的可重复使用性,少量的乙醇残留物可以提高木糖和BH的总糠醛得率,分别达到73.48 mol%和88.28 mol%。（2）以毛竹半纤维素为原料,研究[Bmim]HSO4离子液体协同金属盐催化剂共同催化毛竹半纤维素生产糠醛。以相对[Bmim]HSO4摩尔比为0.02:1的比值等摩尔添加Sn Cl2·2H2O、Al Cl3·6H2O、Fe Cl3·6H2O和Zr（SO4）2·4H2O等金属催化剂,在140 ℃下保留20 min后,结果显示Zr（SO4）2·4H2O具有较好的催化效果,毛竹半纤维素的总糠醛得率最高为90.64 mol%。此外,在优化的条件下,木糖和阿拉伯糖总糠醛得率分别为62.03 mol%和42.18 mol%,均低于以毛竹半纤维素为原料时的总糠醛得率。随着循环次数的增加,回收催化剂的催化效果逐渐减弱。通过简单减压蒸馏后糠醛馏分中糠醛的含量占60.35%,其余组分为1,4-二氧六环。（3）根据以毛竹半纤维素为原料年产600吨的糠醛工厂设计的设计任务,按照相关设计要求,对工厂总平面布置、生产方案、物料衡算与设备选型、水电预算和技术经济核算等内容进行设计,并利用Auto CAD绘制糠醛工厂相关图纸,预期能够完成规定的产量并达到盈利的目的。
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