摘要
作为生物质与石油加工之间的桥梁，乙酰丙酸已成为生产液体燃料的理想原料。利用纤维素制备乙酰丙酸符合可持续发展的理念，该工艺路线的实现将减少对化石资源的依赖。相较于均相催化剂，固体酸催化剂具有回收利用性好、热稳定性高、腐蚀性小等优点，其载体主要为分子筛、活性炭等。木质素具有大量的含氧官能团、碳含量高且廉价易得，可作为固体酸催化剂的理想载体。同时，木质素具有明显的多分散性，没有确定的分子结构单元，利用难度较大。因此，木质素基固体酸催化剂能够为木质素的大规模应用提供一条可行的途径，并实现纤维素的高效转化。本研究重在开发新型的木质素基固体酸催化剂，并将其应用在纤维素转化生成乙酰丙酸的反应过程中。具体研究内容如下： （1）以木质素为碳前驱体，以丙烯酸为特征引导剂，制备了木质素基水热炭（LC）。在此基础上，以磺基水杨酸为共聚物，通过一步水热法合成了磺酸化木质素基固体酸（LC-SO3H）。对LC-SO3H的催化性能进行优化，结果表明：当磺化温度为200℃，磺基水杨酸负载量为80%时，LC-SO3H的催化活性最高。同时，考察了反应时间及温度、催化剂投加量、水添加量对纤维素制备乙酰丙酸的影响。此外，催化剂LC-SO3H经五次循环使用后，乙酰丙酸的产率仍可达33.7%。表征结果表明，磺基水杨酸的加入促进了碳微球的形成以及进一步聚合，硫元素含量可达5.49%，催化剂LC-SO3H具有较大的比表面积（328.945m2/g）和较高的酸量（0.75mmol/g），且平均孔径大于木质素基水热炭。 （2）催化剂LC-SO3H的催化性能有待提升，同时，作为路易斯酸的金属氯化物，可有效促进葡萄糖的异构化反应。因此，将多种金属分别负载到LC-SO3H上，以制备催化性能更佳的木质素基固体酸催化剂，促进纤维素高效转化生产乙酰丙酸。其中，负载Al的催化剂效果较好。对催化剂LC-SO3H-Al的催化性能进行优化，结果表明：当Al的负载量为60wt%时，催化剂LC-SO3H-Al的催化活性最高。同时，考察了反应时间及温度、催化剂投加量对纤维素制备乙酰丙酸的影响。此外，催化剂LC-SO3H-Al经四次循环使用后，乙酰丙酸的产率仍可达41.2%。表征结果表明，增加Al的负载量，催化剂LC-SO3H-Al的比表面积和孔容减小，平均孔径增加，路易斯酸含量升高。
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