微晶纤维素在盐酸、甲酸体系中的水解动力学

研究了微晶纤维素在盐酸、甲酸体系(4%盐酸,甲酸78.22%,水17.78%)中的水解动力学,以及反应温度在55～75℃、反应时间0～9h对葡萄糖得率的影响,并探讨了葡萄糖在该水解体系中的降解情况。研究结果表明,葡萄糖的降解反应和纤维素的水解反应相比是个快速反应。微晶纤维素在盐酸、甲酸体系中的水解速率表现在反应温度为55℃时,水解速率为6.34×10-3h-1;反应温度为65℃时,水解速率为2.94×10-2h-1;反应温度为75℃时,水解速率为6.84×10-2h-1。葡萄糖的降解速率表现为反应温度为55℃时,降解速率为0.01h-1;反应温度为65℃时,降解速率为0.14h-1;反应温度为75℃时,降解速率为0.34h-1。微晶纤维素水解的表观活化能为105.61kJ/mol,葡萄糖的降解表观活化能131.37kJ/mol。

微晶纤维素水热降解的液化产物分布

利用管式间歇反应器对微晶纤维素进行水热降解实验研究,考察了反应温度、反应时间和氧化剂对TOC和还原糖产量的影响。结果表明,还原糖的浓度和TOC随着反应温度的升高而增大;而不同的反应时间和氧化剂(H2O2)浓度的条件下,还原糖的浓度和TOC都呈现一个先增高后降低的趋势。微晶纤维素水热降解产生甲酸、乙酸、乳酸、乙二酸、丙烯酸、丙酸、丙二酸、马来酸、丁二酸等有机酸以及二羟基丙酮、丙酮醛和5-羟甲基-2-糠醛(HMF)等。HPLC分析表明,中间产物及不稳定的有机酸最终被氧化成为甲酸和乙酸。