木质素和单宁可控制备纳米颗粒及其在单酚加氢中的催化应用
批准号:
22078211
项目类别:
面上项目
资助金额:
63.0 万元
负责人:
蒋智成
依托单位:
学科分类:
生物质转化与轻工制造
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
蒋智成
中文摘要
木质素和单宁是可再生植物生物质中重要组分,含有大量苯环单元和多种亲/疏水性官能团。本项目拟以植物生物质为原料,采用溶剂热法提取获得纯度较高的木质素寡聚物和单宁;调控其官能团分布和苯环π-π相互作用,研究制备由疏水核和亲水壳组成的木质素-单宁纳米颗粒;利用单宁的络合和还原能力,制备负载型金属纳米单质材料,并应用于催化木质素单酚加氢。主要包括:1)优化催化溶剂体系参数,调控生物质降解所得木质素寡聚物结构;2)调控纳米颗粒制备过程中水溶剂交换的关键参数、以及木质素寡聚物和单宁结构,研究其对纳米颗粒性质的协同影响机制;3)调控金属离子在纳米颗粒上络合和还原行为,探究负载型金属纳米单质催化剂在木质素单酚加氢过程中的催化性能和机理。研究结果可望建立一种精准调控木质素-单宁纳米颗粒性质的理论和方法,为制备可应用于单酚催化加氢的负载型金属纳米单质催化剂提供技术支撑,为植物生物质高值化利用提供新的研究方向。
英文摘要
Lignin and tannin, as the main components in sustainable lignocellulosic biomass, contain a large amount of phenyl repeating units and diverse hydrophilic and hydrophobic groups. In this project, lignin-based oligomers (lingo-oligomers) and soluble tannin with high purity will be obtained from the solvothermal extraction of lignocellulose in cosolvent system. Then, lignin-tannin complex nanoparticles (LTNPs) with hydrophobic core and hydrophilic shell will be generated by controlling the π-π interaction between the phenyl groups and adjusting the functional groups in the lingo-oligomers and tannin. Owing to the coordination and reducing ability of tannin, supported metal nanoparticles can be prepared using LTNPs and used for catalyzed hydrogenation of monophenols. The main contents of the project will include: 1) influence of key parameters of catalytic solvothermal systems on the structure of the obtained lingo-oligomers; 2) effect of several typical parameters during the LTNPs’ preparation process and structural features of lingo-oligomers/tannin on the properties of LTNPs; 3) coordination and reducing behavior of metal ions on LTNPs, and mechanistic study on catalytic hydrogenation of monophenols using supported metal nanoparticles. This project will hopefully establish a comprehensive theory and method to accurately control the properties of LTNPs for further preparation of supported metal nanoparticles applied into catalytic hydrogenation of monophenols, which can also provide a new research direction for value-added utilization of lignocellulose.
植物生物质来源广泛、储量丰富,是一种可替代化石资源的可再生资源,深入研究、高效开发并高值利用植物生物质,对于国家能源、化工、材料、制造等行业的可持续发展具有较高的战略意义。传统轻工制造中,木质素不仅未得到充分利用,还是一种环境污染源。木质素寡聚物分子含有苯环和亲水官能团,可通过苯环结构的 π-π 相互作用堆积形成致密的疏水核,同时形成以亲水基团为主的亲水壳,从而自组装为木质素纳米颗粒。. 本项目以植物生物质为原料,采用溶剂热提取法选择性断裂了植物生物质中与木质素相连化学键、以及木质素组分内化学键,调控了植物生物质中木质素转化的选择性,获得了纯度较高、分子尺寸和官能团特定的木质素寡聚物。在此基础上,采用水溶剂交换法将木质素寡聚物制备为木质素纳米颗粒,发现了木质素苯环共轭延伸链可促进自组装,同时极性质子溶剂会阻碍自组装。此外,利用植物单宁与木质素类似的结构特征,将单宁和木质素寡聚物共同自组装制得了复合纳米颗粒,利用单宁邻位酚羟基结构对金属离子的螯合能力和还原性,以此为载体将金属离子固定并原位还原,从而制备了负载型纳米金属单质催化剂,该系列催化剂可以实现木质素单酚化合物在温和条件下加氢转化。. 除此之外,针对生物质组分的选择性分离,本项目研究了半纤维素和纤维素优先的转化分离策略,在获得纯度较高木质素固体的同时,寡聚糖产物可以用于清洁制革的蒙囿剂;针对木质素纳米颗粒的应用领域,本项目研究拓展了木质素纳米颗粒在紫外屏蔽和药物缓释的应用方法;针对生物质平台化学品的加氢催化体系,本项目研究制备了以分子筛/水滑石等载体负载的单/双金属催化剂,实现了糠醛/酚类化学品的加氢提质。. 本项目可望建立木质素纳米颗粒可控制备方法,实现以木质素基催化剂催化木质素单酚化合物制备高品质生物燃油,为木质素和植物单宁的高值化利用提供新的思路、理论和方法。
定向调控植物生物质结构构筑高活性金属/碳加氢脱氧催化剂
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批准号:22478265
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项目类别:面上项目
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资助金额:50.00万元
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批准年份:2024
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负责人:蒋智成
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依托单位:
国内基金
海外基金