本书依据作者的研究成果及国内外木质纤维素的研究进展,详细介绍了木质纤维素水热炼制原理与技术。具体包括木质纤维素的基本概念、纤维素水热催化转化制备平台化学品的基本原理、两相体系中纤维素转化制备5-羟甲基糠醛、含氧化合物水热降解生产焦炭的机理,以及葡萄糖和呋喃类物质水热转化生成的可溶性副产物的鉴定。
本书可供从事新能源、化工、生物工程、材料及相关学科的研究人员和技术人员阅读,尤其适用于木质纤维素资源高值化利用领域的科研工作者参考使用。
第一章概述001
1.1 生物质和木质纤维素的定义 002
1.2 木质纤维素的种类及其化学结构 002
1.2.1 木质纤维素类的种类 002
1.2.2 木质纤维素的化学结构 003
1.3 木质纤维素的利用 012
参考文献 014
第二章纤维素水热催化转化制备平台化学品的基本原理017
2.1 引言 018
2.2 纤维素的催化水解反应 019
2.2.1 纤维素催化水解的反应介质 019
2.2.2 纤维素催化水解的催化剂 019
2.3 催化碳水化合物转化制备5-羟甲基糠醛的原理 024
2.3.1 5-羟甲基糠醛简介 024
2.3.2 己糖制备5-羟甲基糠醛的反应机理 025
2.3.3 反应介质、催化剂及反应原料 026
2.4 木质纤维素制备乙酰丙酸及其衍生酯类的原理 032
2.4.1 乙酰丙酸简介 032
2.4.2 己糖生成乙酰丙酸的原理 033
2.4.3 木质纤维素及其衍生碳水化合物生成乙酰丙酸的催化剂及生产工艺 034
2.4.4 利用木质纤维素制备乙酰丙酸酯 036
2.5 催化木质纤维素及其衍生碳水化合物转化制备乳酸（酯）的原理 038
2.5.1 乳酸简介 038
2.5.2 碳水化合物制备乳酸（酯）的反应路径 039
2.5.3 反应原料及反应体系 040
2.5.4 碳水化合物转化为乳酸（酯）的催化剂 040
2.5.5 碳水化合物水热转化生成其他α-羟基酸 046
2.6 纤维素制备己糖醇（山梨醇和甘露醇） 048
2.7 纤维素制备乙二醇和1，2-丙二醇 050
2.7.1 纤维素制备乙二醇和1，2-丙二醇的路径 051
2.7.2 纤维素制备乙二醇和1，2-丙二醇的催化体系 052
2.8 碳水化合物在水热转化过程中发生的基本反应 054
2.9 葡萄糖异构化机理 056
2.9.1 碱催化葡萄糖异构化为果糖 056
2.9.2 均相路易斯酸催化葡萄糖异构化的机理 057
2.9.3 非均相路易斯酸Sn-β 催化葡萄糖异构化的机理 060
参考文献 062
第三章两相体系中转化纤维素制备5-羟甲基糠醛085
3.1 引言 086
3.2 转化纤维素制备5-羟甲基糠醛的过程及产物的分析表征 087
3.3 在两相体系中金属盐催化剂的筛选 088
3.4 NaHSO4-ZnSO4 协同催化纤维素降解制备5-羟甲基糠醛 090
3.4.1 反应时间的影响 091
3.4.2 反应温度对纤维素转化的影响 094
3.4.3 水/有机相的体积比对反应的影响 094
3.4.4 反应体系对其他可溶性糖的转化 095
3.4.5 原料用量对5-羟甲基糠醛收率的影响 097
3.5 反应体系分析及液膜催化概念的提出 097
3.6 结论 099
参考文献 099
第四章含氧化合物水热降解生成焦炭的机理102
4.1 引言 103
4.2 模型化合物的水热转化过程及产物的分析表征 106
4.2.1 模型化合物的水热转化过程 106
4.2.2 原料的定量分析方法 106
4.2.3 焦炭的结构表征方法 107
4.3 呋喃衍生物的水热降解行为及降解途径 107
4.4 碳水化合物的水热降解行为研究及其转化路径分析 113
4.5 碳水化合物的其他衍生物的水热降解行为 116
4.6 C2～C4短链含氧有机物的水热降解行为 119
4.7 乙二醛和丙酮醛的水热降解路径分析 121
4.8 水热焦炭的结构分析 123
4.8.1 水热焦炭的元素分析 123
4.8.2 水热焦炭的FT-IR分析 125
4.8.3 水热焦炭的固态13 C NMR分析 126
4.9 水热焦炭的形成机理 128
4.10 水热焦炭的分子结构 132
4.11 抑制碳水化合物水热降解过程中水热焦炭的形成 133
4.12 结论 133
参考文献 134
第五章葡萄糖及生物质衍生呋喃类物质水热转化生成的可溶性副产物鉴定140
5.1 引言 141
5.2 LC-MSn对可溶性葡萄糖水热转化产物的分析条件 143
5.3 LC/MS和LC/MS2谱图的分析过程 143
5.4 葡萄糖水热转化生成的水溶性物质鉴定 147
5.4.1 LC-MS确定葡萄糖降解生成的水溶性化合物的化学式 147
5.4.2 根据MS2质谱图确定化合物的分子结构 150
5.4.3 葡萄糖水热转化过程中可溶性碳环类物质的形成机理 155
5.5 呋喃类化合物水热转化过程中可溶性副产物的鉴定 157
5.5.1 HMF 水热转化生成的可溶性副产物鉴定 157
5.5.2 糠醛水热转化生成的可溶性物质鉴定 160
5.5.3 糠醇水热转化生成的可溶性物质鉴定 162
5.5.4 呋喃类物质的水热转化路径 166
5.6 C—C键水解断裂反应 169
5.7 α-羰基醛的生成与转化路径 170
5.8 碳水化合物的降解路径 171
5.9 结论 174
参考文献 175
附录 葡萄糖及生物质衍生呋喃类物质水热转化生成的可溶性物质的MS和MS2数据及谱图180
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