亲水改性磺酸型碳材料催化纤维素水解研究

该研究以微晶纤维素作为纤维素的模型物,开展了对亲水改性的磺酸型碳材料在水热条件下催化纤维素水解产生还原糖的研究,考察了亲水改性对催化水解作用的影响,并分析了在改性碳材料催化条件下,反应时间、催化剂用量、反应温度等因素对纤维素水解过程的影响。研究结果表明碳材料的亲水改性能提高催化剂表层的亲水性能,从而提升其催化水解纤维素的性能。在170℃条件下,催化剂投加量为0.2 g,反应时间为10 h时是纤维素水解和还原糖积累的最佳条件。     

阿魏酸降解菌对木质纤维素水解的增效作用

碱预处理是制备生物乙醇过程中不可缺少的过程。然而,在预处理过程中会产生以阿魏酸为主的毒性抑制物,从而影响木质纤维素的水解效率。该文从土壤中筛选出一株高效阿魏酸降解菌HHQ-1,经鉴定为寡养单胞菌属。将HHQ-1在线添加至纤维素碱预处理水解液中,构建阿魏酸降解菌-里氏木霉纤维素降解菌双菌协同降解体系,并研究其对纤维素水解的提升效果。结果表明,60 h时双菌协同降解体系和单菌降解体系的还原糖产量同时达到最高值。双菌降解体系下还原糖产量为221.33 mg/L,比单菌降解体系提高了7.84%。归其原因为阿魏酸降解菌定向脱除了阿魏酸,降低了毒性物质对纤维素水解过程的影响。     

不同预处理方式对凤眼莲水解产还原糖的影响

凤眼莲作为木质纤维素类生物质,经一定程度的预处理后,可高效水解成还原糖,为燃料乙醇等生物质能源的开发和利用提供保障。该研究利用稀酸、稀碱以及微波联合碱等不同预处理方式对凤眼莲水解产糖进行五因素、四水平的正交试验,发现各类预处理方式在一定程度上都能促进凤眼莲的水解。其中,酸预处理方式明显优于碱预处理和微波联合碱预处理方式,并且微波联合碱预处理效果优于单一的碱预处理方式。利用数据处理软件SPSS 19.0对酸预处理正交试验结果进行方差分析,得到优化后的酸预处理最佳处理条件为:酸浓度1.00%、温度100℃、固液比1∶30、样品粒度60目、处理时间30 min。5个处理因素对还原糖产量的影响大小为温度固液比时间酸浓度粒度。该条件下,还原糖产量达到197.60 mg/g凤眼莲,产量较优化前提高了14.56%,是理论最大还原糖产量的46.19%。     

“木质素优先”策略下生物质还原催化分离技术研究进展

木质纤维素生物质是地球上最丰富的可再生碳资源，有潜力替代石油来生产清洁燃料和化工产品。当前木质素组分的高效利用很困难，木质素高值化是实现生物质全组分利用的关键。为实现生物质全组分的高值化利用，本文研究了基于“木质素优先”策略的分离机制，综述了木质纤维素还原催化分离的研究进展，探索了木质素脱除率、单酚产率和选择性及碳水化合物保留率等的影响因素，分析了生物质原料、溶剂、酸碱添加剂、催化剂和反应器对“木质素优先”策略的影响规律，提出了新型催化剂和反应器的设计思路，展望了木质素还原催化分离的研究方向。分析表明：单酚产率按照硬木→草本作物→软木顺序依次递减，醇水两相体系有利于木质素和半纤维素的提取与溶解以及纤维素结构的保留，酸的加入不仅提高木质素脱除率和单体收率还能促进半纤维素的水解，半/全流动反应器有效避免后续催化剂和碳水化合物的分离。     

乙酸常温预处理对木质纤维素厌氧消化的影响

采用3 种稀酸组合(10%乙酸、10%乙酸加0.5%硝酸以及10%乙酸加0.5%磷酸),在常温条件下,对3 种木质纤维素样品(滤纸、中性复印纸和无油墨报纸)进行预处理,分别考察预处理对生物质组成纤维素、半纤维素和木质素的作用.并选取预处理后的无油墨报纸进行厌氧消化实验,研究不同稀酸预处理方式对木质纤维素厌氧消化的影响.结果表明,酸处理组能水解5%±1%纤维素和88%±1%的半纤维素,但是不能水解木质素;乙酸预处理降低了木质纤维素的亲水性和生物可降解性,从而降低了初始厌氧消化效率.添加0.5%的磷酸或0.5%硝酸不会明显改善乙酸对木质纤维素的水解效果.但是,添加磷酸的处理组在厌氧消化初期微生物量较少的情况下,能为微生物生长提供磷元素,有利于厌氧消化的启动;而添加硝酸的处理组不能缓解预处理对木质纤维素基质性质的影响,而且导致了丙酸的大量积累,从而恶化了厌氧消化的效果.     

化学反硝化去除硝酸盐的试验研究

在间歇式完全混合反应器中,以Pd-Cu/γ-Al₂O₃为催化剂,对催化还原硝酸盐进行了实验研究.结果表明:在负载型金属催化剂作用下,硝酸盐能有效地被还原生成N₂,总氮的去除率达80%以上.催化剂的活性和对氮气的选择性受催化剂量、pH值、H₂的流量和压力、初始硝酸盐浓度等反应条件的影响,适当增加催化剂量和提高H₂的流量和压力都有利于提高催化剂的活性;而对于选择性,前者提高,后者则会导致降低,即控制反应扩散性能有利于提高催化选择性.在试验的浓度范围内,其催化还原硝酸盐的反应为一级反应.     

银基海泡石NOx催化还原催化剂的研究

以海泡石为载体制备了负载型银催化剂 ,对载体和催化剂进行了表征 ,对这种催化剂催化还原NOx的活性进行了评价 ,对制备条件及其活性的影响进行了研究。     

氢氧化钠和碱性双氧水预处理对水稻秸秆酶解效果的影响

为提高水稻秸秆生物转化产糖效率,分别用氢氧化钠和碱性双氧水对其进行预处理,并考察处理液浓度、温度和时间对木质纤维素酶解糖化效果的影响. 通过分析预处理前后水稻秸秆组分和结构变化,揭示氢氧化钠预处理和碱性双氧水预处理对水稻秸秆酶解效果的影响机理. 结果表明:①在80 ℃的条件下,使用1.25%的氢氧化钠对水稻秸秆水浴处理3 h后效果较好,且酶解72 h后还原糖含量为480.81 mg/g. ②在50 ℃的条件下,使用碱性双氧水(1.5%的氢氧化钠+2%的双氧水)对水稻秸秆水浴处理5 h后效果较好,且酶解72 h后还原糖含量为575.85 mg/g. ③与未预处理的水稻糖化效果(132.7 mg/g)相比,经氢氧化钠预处理和碱性双氧水预处理后,水稻秸秆酶解产糖率分别提高了262.3%和336.2%. ④扫描电镜显示,经氢氧化钠和碱性双氧水预处理后,水稻秸秆的比表面积均显著增加,表面结构更加疏松. ⑤红外光谱和X射线衍射光谱表征显示,氢氧化钠预处理和碱性双氧水预处理均可消解水稻秸秆中的木质素并使其转化成纤维素,从而可以促进后续的酶解糖化效果. 研究显示,氢氧化钠预处理和碱性双氧水预处理都能较好地促进水稻秸秆的酶解糖化过程,得到较高的糖含量.      

微波热解木质生物质的研究进展

随着化石资源的日益枯竭及环境污染问题的日益严峻,开发与利用环境友好的可再生资源受到广泛关注。木质生物质微波热解具有反应速率快、易于控制、安全无污染等优点,但是存在产物分布不均和经济价值不高等问题,严重制约了生物质能的全面与高效利用。系统地介绍了木质纤维素组分的结构,详细阐述了木质纤维素各组分的热解机制,并比较了微波热解与传统热解的差异,探讨了微波热解的影响因素以及微波催化热解木质纤维素的产物分布。此外,介绍不同种类催化剂(碳基材料、分子筛、金属氧化物等)在促进生物质微波热解中的作用,可以高效转化木质纤维素,优化微波热解产物的种类分布,并促进选择性生产特定高值化学品,以实现木质纤维素的资源化和高值化利用。最后,对木质纤维素热解未来研究方向和技术发展进行了展望。     

猪粪稻秸超高温预处理促进后续堆肥腐殖化条件优化

以猪粪稻秸为原料,设计超高温预处理温度（75,85,95℃）、时间（2,4,8h）和通风量（0.3,0.6,0.9L/kgTS·h）的三因素三水平正交试验,研究不同超高温预处理条件对猪粪稻秸理化特性及后续模拟堆肥腐殖质生成的影响,结果表明,温度、时间和通气量对猪粪稻秸后续高温堆肥腐殖化系数影响各不相同,各因素对后续好氧发酵累腐殖化系数的影响大小顺序为大小顺序为预处理时间 > 温度 > 通气量;最佳超高温预处理条件为：预处理温度为95℃,停留时间为4h,通气量为0.6L/（kgTS·h）,与CK相比,最佳预处理参数下猪粪稻秸后续高温发酵60d腐殖化系数提高119%,腐殖质、胡敏酸含量分别增加105%、116%,而富里酸含量降低17.2%,结合预处理前后物料理化特性变化规律分析,表明超高温预处理促进了大分子有机物降解为可溶性有机碳,促进了木质纤维素组分降解溶出,促使其更多转化为多酚,同时增加了腐殖质前体还原糖、氨基酸的含量,从而有利于腐殖质的生成.     

天然矿物负载Fe/Co催化H2O2氧化降解阳离子红3R

类Fenton反应关键是催化剂的活性,利用浸渍法负载铁、钴双金属对天然矿物材料进行改性,提高其催化活性,并运用扫描式电子显微镜(SEM)、X射线能谱仪(EDS)、X射线衍射(XRD)等表征手段对负载前后的材料进行表征分析.结果表明负载后材料中生成Fe2O3和Co Fe2O4两种新物质.将合成的催化剂用于催化H2O2氧化阳离子红3R染料废水,在催化剂投加量3 g·L-1,H2O2投加量0.3 m L·L-1,反应时间1 h条件下,100 mg·L-1阳离子红3R废水脱色率可达99.8%,TOC去除率可达58.4%,催化剂中活性组分主要为表面负载的Fe2O3和Co Fe2O4,电子自旋共振(ESR)分析表明催化氧化过程中产生羟基自由基,阳离子红3R发色基团在1 min已被完全破坏,光谱分析表明反应过程中有小分子物质生成.催化氧化效果受染料废水初始p H值影响小,适应p H范围广,解决了传统Fenton反应p H条件苛刻的问题.研究结果为印染废水处理提供了具有工程应用潜力的技术方法.     

固定源低温选择性催化还原NOx技术研究进展

NH3选择性催化还原技术在固定源NOx污染控制中广泛应用,其核心是催化剂．传统钒氧化物催化剂起活温度偏高（〉300℃）,难以在末端应用;随着环保法规的日益严格和实际应用需要,研制具有良好低温活性和稳定性的新型催化剂成为近期国内外该领域的热点．对贵金属、分子筛、金属氧化物3类催化剂,综述了国内外近期研究进展．其中以碳质材料为载体负载Nn、Cu等的金属氧化物型催化剂显示出良好的低温活性和稳定性,具有较好的低温催化还原NOx研究前景．     

改进型铁碳微电解设备预处理硝基苯废水

针对传统铁碳微电解装置存在的偏流、堵塞、填料板结等问题,对装置结构进行了优化改进,采用催化微电解填料对硝基苯废水进行预处理。在装置内部增加挡圈防止设备偏流,增设废水内循环工艺以防止设备堵塞,改变填料的结构以防止设备板结,并采用催化微电解填料提高反应速率。在此基础上,研究了催化填料类型、进水浓度、反应时间及pH值对微电解反应过程的影响,以探索硝基苯预处理的显著影响因素和最佳条件。结果表明:采用含铜催化剂,硝基苯的质量浓度为30 mg/L,反应时间为60 min,pH为3. 0时,反应达到最佳状态,出水能够达到GB 8978—1996《污水综合排放标准》,且设备运行稳定可靠。     

TiO2/硅藻土光催化氧化降解甲基橙的研究

使用经过预处理的硅藻土做载体,采用溶胶-凝胶法制备硅藻土负载二氧化钛光催化剂,利用XRD和EDS对其进行表征.通过分析光催化反应的主要影响因素,研究了硅藻土负载二氧化钛光催化剂对甲基橙的催化降解效果.结果表明：负载3次,在550℃焙烧2h,制备出的负载型催化剂催化活性较高,催化剂上的TiO2为锐钛矿结构.当催化剂投加量为lg/L,溶液初始浓度为15 mg/L,pH为3,H2O2为2 mmol/L时,对甲基橙的降解效果达到最佳.     

稀土催化臭氧氧化法降解印染废水的研究

以硅酸钠为原料,含稀土的盐酸为溶剂,采用化学沉淀法制备了二氧化硅负载型稀土催化剂。实验结果表明,最佳制备工艺条件为硅酸钠浓度0.3 mol/L、盐酸浓度1.0 mol/L、表面活性剂选用十二烷基苯磺酸钠、稀土投加量0.1 g、温度在800℃以上、煅烧时间1 h。利用IR、UV-VIS、XRD、SEM等表征手段研究了二氧化硅负载型稀土催化剂的组成、形貌。在此最佳条件下所制得的催化剂平均粒径为17 nm,比表面积为1 365 m2/g。制备的催化剂具有良好的催化活性,且附着的稀土离子不易流失,解决了稀土流失问题,并易与反应体系分离,可回收和重复利用。并利用该催化剂催化臭氧对模拟废水和实际废水进行处理,在pH为2,稀土催化剂的投加量为5 g,反应时间为60 min,温度为60℃的最佳反应条件下的COD降解率分别是90.3%和82.2%。     

利用废旧三元锂离子电池制备锰催化剂及其催化性能研究

以废旧锂离子电池的正极材料为原料,利用氧化沉淀法制备锰催化剂,考察反应温度、pH、反应时间以及过硫酸铵用量对产物的影响,并分析制备的锰催化剂催化H_2O_2降解亚甲基蓝(MB,methylene blue)溶液的效果。结果表明:pH对锰催化剂晶型影响明显,在pH=1时,所制得锰催化剂属于γ-Mn O2,10 min即可完全降解MB;而在pH=4的条件下,所制得锰催化剂属于δ-MnO_2,1 h后MB去除率可达82%;pH=2或3条件下,所得锰催化剂为混合晶型,MB降解率分别为93%和77%(1 h)。因此,通过过硫酸铵氧化沉淀法能成功从锂离子电池中制备出具有良好催化性能的锰催化剂,实现了"以废治废",也为废旧三元锂离子电池资源化提供了新的思路。     

地下水脱硝催化剂的制备及其性能研究

以Al2O3为载体制备了负载型催化剂,通过甲酸催化还原脱除地下水中硝酸盐对该催化剂进行了活性评价,并研究了催化剂制备条件对催化性能的影响,发现催化剂种类、配比及其含量不同,催化剂的催化性能也相应发生变化,其中4%Pd-1%Cu/Al2O3催化剂可以在45min内将100mg/L的NO3-被完全去除。     

Pd/CeO2催化水中溴酸盐的加氢还原研究

采用溶胶-凝胶法制备了CeO2载体,以浸渍法和沉积沉淀法制备了负载型催化剂Pd/CeO2.使用透射电镜(TEM)和Zeta电位仪对催化剂进行了表征.结果表明两种材料的等电点都在5.0左右; Pd颗粒在载体表面具有良好的分散性,且Pd负载量越高,Pd颗粒的粒径越大.采用Pd/CeO2催化剂催化溴酸盐加氢还原,发现在溴酸盐初始浓度为0.39mmol/L时,采用沉积沉淀法和浸渍法合成的Pd/CeO2催化剂反应50min后对溴酸盐的去除率分别为100%和71%,表明使用沉积沉淀法合成的催化剂具有较高的催化活性.改变催化剂用量,溴酸盐的催化还原速率不受传质阻力的影响,反应过程符合Langmuir–Hinshelwood模型,即催化还原反应由溴酸盐在催化剂表面的吸附控制.增加Pd的负载量,溴酸盐的还原速率增大.溶液pH值较低时,有利于对溴酸盐的催化还原.     

Mo-TiO2/AC光催化剂的制备及可见光降解L-酸的研究

采用溶胶-凝胶法制备了Mo6 掺杂TiO2光催化剂,并将其负载于粒状活性炭上,以1-萘酚-5-磺酸(L-酸)为模型反应物,研究了对L-酸的光催化作用并讨论了不同光源以及负载次数对L-酸的去除率和溶液的总有机碳去除率的影响.结果表明,Mo6 掺杂扩大了TiO2催化剂的光谱响应范围.负载于活性炭上的掺杂二氧化钛为锐钛矿相,粒径约为17.8 nm.负载次数增多,催化剂的活性下降.Mo6 的掺杂不影响负载催化剂的紫外光活性及对L-酸的吸附能力.100 mg·L-1的L-酸溶液加0.4 g催化剂,在可见光下反应4 h,掺杂催化剂对L-酸和溶液总有机碳的去除率分别为57%和53%,而未掺杂的催化剂去除率分别为13%和10%.催化剂反复使用4次,催化活性没有变化.     

阿魏酸正丁酯的合成研究

为研究对甲苯磺酸催化阿魏酸和正丁醇合成阿魏酸正丁酯的反应条件,考察了阿魏酸与正丁醇物质的量之比、催化剂用量、反应时间、带水剂用量等因素对酯化反应的影响。实验结果表明,取阿魏酸0. 01 moL,阿魏酸与正丁醇物质的量之比为1∶5,带水剂环己烷5 mL,催化剂质量为阿魏酸质量的10%,反应时间为3 h时,能较好地合成阿魏酸正丁酯。在此条件下,阿魏酸正丁酯的收率平均可达79. 33%。