固载离子液体-Pd/C催化体系构建与催化木质素选择性降解的研究

选择性降解木质素的醚键是其降解为低分子或聚合为高分子反应的关键，是制备精细化学品、生物质能源和高分子材料的基础。本项目以提高碱木质素降解的选择性为总目标，依据碱木质素利用存在的问题和结构特点，以选择性降解碳氧连接、提高碱木质素酚羟基和醇羟基含量为切入点，将林产化工、催化科学、有机化学、高分子化学等领域知识交叉融合，设计以活性炭为载体，键合离子液体，在支撑体表面形成离子液体膜，再将钯负载于载体，构建固载离子液体-Pd/C双效催化体系，保持离子液体物理及化学行为，提高选择性，以芳香醚化合物为探针，分析其催化活性；以固载离子液体-Pd/C为催化剂，以氢为还原剂研究碱木质素降解和活化反应，探讨影响醚键开裂反应因素；采用木质素模型物法研究该体系催化碱木质素降解作用机制，探索提高木质素选择性降解和反应活性的新技术，为丰富、无毒、价廉、尚未高效利用的木质素的应用技术研究提供基础理论依据。

木质素的选择性降解是制备精细化学品、生物质能源和高分子材料的基础。项目以提高木质素降解的选择性为目标，依据木质素利用存在的问题和结构特点，以降解碳氧键、提高木质素酚羟基和醇羟基含量为切入点，将林产化工、催化科学和高分子化学领域知识交叉融合，构建了Pd/C-离子液体和金属/固体酸两类双效催化体系，以氢为还原剂研究碱木质素降解反应，探讨了影响碳氧键开裂反应因素和碱木质素降解作用机制，探索了提高木质素选择性降解的新技术，为木质素的应用技术研究提供理论依据。取得了以下研究进展：.（1）SO42-/ZrO2 固体酸催化碱木质素的研究：制备了SO42-/ZrO2催化剂，通过XRD、FT-IR、SEM和Hammett指示剂法对固体酸的结构和酸度进行表征。碱木质素总羟基、酚羟基和醇羟基分别增加55.15%、13.89%和93.0%；木质素的苯环结构稳定。碱木质素对 DPPH 自由基有清除率达80.56%，提高4.61%；对超氧阴离子清除能力较弱，还原力有所提高；（2）1-丁基-3-甲基咪唑([Bmim]Cl)对木质素的催化作用：碱木质素总羟基、酚羟基和醇羟基分别提高了87.20%、16.30%和56.64%。木质素抗氧化能力、还原力和对DPPH自由基的清除能力均随着浓度提高而上升，其中DPPH自由基的清除率为81%。13C-NMR和HSQC核磁共振谱表明木质素的降解主要反生在侧链，分散度增大；（3）[Bmim]Cl/H2-Pd/C-SO3H对木质素的催化作用: Pd/C-SO3H酸密度为3.81mmol/g，以-SO3H形式存在。活化后木质素提高总羟基1.86倍，酚羟基0.49倍，醇羟基2.70倍，分子量降低，分散系数减小。13C-NMR和HSQC核磁共振谱表明Pd/C-SO3H促使紫丁香基结构向愈创木基结构转化；（4）S2O82-/ZrO2-CeO2催化碱木质素的研究：S2O82-/ZrO2-CeO2对木质素磺酸钠氢化还原反应具有较高的催化活性,产物的总羟基、酚羟基、醇羟基含量显著提高；（5）Pd/SO42-/ZrO2催化剂还原碱木质素的总羟基、酚羟基分别提高110.50%和34.20%，分子量明显降低。