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糖基表面活性剂以碳水化合物作为亲水的极性端基,以脂肪酸链为疏水的非极性端基,原料来源广泛,具有优良的生物降解性能、低毒性和表面活性,成为石油基表面活性剂的理想替代品。现有的糖基表面活性剂多以葡萄糖、蔗糖、淀粉和山梨醇等糖源为原料,通过添加有机溶剂、助溶剂或相转移催化剂,实现亲水性的糖基和疏水性的脂肪酸链的均相酯化或酯交换反应。亟待开发一种原料来源广泛、以非食用碳水化合物为糖源的新型糖基表面活性剂的绿色制备方法。本论文提出了一种新型糖基表面活性剂—纤维低聚糖脂肪酸酯的制备方法,以自然界中生物量最为丰富的木质纤维类生物质为原料,以“绿色化学”的理念为指导,设计一条新型糖基表面活性剂的固相催化合成路径,将绿色溶剂体系、炭基固体酸催化剂、微波辅助、炭基固体碱催化剂和超声乳化等绿色化学方法应用于新型糖基表面活性剂的制备过程,并探讨了制备过程中非均相反应的催化过程机理,得到以下结果:1.以杂交柳树木粉为木质纤维类生物质原料,将杂交柳树木粉在液固比(质量比)为5:1的环丁砜中170℃条件下预处理1.5 h,木质素转化率最高可达89.8%。经0.2%的Na OH干燥中和后,环丁砜可重复使用7次以上,木质素转化率仍高于80%。采用GC-MS,SEM,XRD,FT-IR和TG-MS等现代仪器分析方法表征预处理前后原料及产物的物理化学性质,研究指出:环丁砜对木粉的预处理过程是O-亲核进攻和木质素热降解产生自由基的协同作用过程。同时由于反应体系中少量的水分在反应条件下生成的H3O+及木质素降解产物结构中乙酰基团转化的有机酸(乙酸等)对半纤维素和纤维素的β-1,4糖苷键、α-1,3糖苷键和氢键的进攻,导致半纤维素质量损失13.9%,纤维素质量损失3.8%,并产生少量糖类衍生物。2.分别以微晶纤维素、木聚糖、碱木质素和预处理残渣为原料,在500℃,N2氛围下,煅烧5 h后,得到的炭基载体经110~120℃磺化5 h后制备炭基固体酸催化剂,采用EA,TG,SEM,XRD,RS,FT-IR,BET和NH3-TPD等现代仪器分析方法表征炭基固体酸催化剂的结构和性能,所制备的炭基固体酸催化剂为同时含有SO3H、OH、COOH三种活性基团的以稠环结构为构成单元的无定形碳结构,其比表面积分别为:2.10 m2/g,1.86 m2/g,1.95 m2/g和1.91 m2/g,总酸量分别为2.11mmol/g,1.87 mmol/g,2.20 mmol/g和2.09 mmol/g。研究指出:炭基固体酸催化剂无定型结构中稠环单元,可有效分散活性基团的电子云,有利于提升炭基固体酸催化剂的催化活性、水热稳定性和催化寿命。3.实验采用0.2 g综纤维素原料,0.15 g炭基固体酸催化剂(SCR),3 m L去离子水,150 W微波功率下,120℃反应1 h,水解液离子色谱分析显示:单糖含量为26.8%,纤维二糖含量为55.2%,其他水溶性低聚糖含量为17.0%,糠醛等糖类衍生物含量较少,只占1%左右。采用阳离子交换实验,EA,BET,NH3-TPD和IC等现代仪器分析方法表征催化剂和液化产物的组成和性质,研究发现:SCR结构中的芳烃稠环结构有利于分散活性基团的电子云,因此在催化选择性和使用寿命上,SCR显著优于H2SO4。实验同时发现:相比于传统的加热方式,微波辅助具有加热同步、均匀等优势,综纤维素水解得率显著优于传统加热方式,且水解产物中的单糖不易发生降解等副反应。4.实验采用L9(34)正交实验表,考察了炭基载体的孔径分布、碳酸钾负载量、煅烧时间和煅烧温度对催化剂活性的影响,催化剂K2O/C制备的合适条件为:选取平均孔径为2.87 nm的炭基载体,K2CO3与炭基载体质量比为0.5,真空浸渍后,在450℃条件下煅烧2 h。以蔗糖为模型反应物,在油酸甲酯和蔗糖的摩尔比为2:1,超声乳化15 min条件下,125℃反应2 h,当K2O/C加入量为总物料量(纤维低聚糖+油酸甲酯)的5%时,产品得率最高为86.4%,催化剂重复使用4次后,仍具有较高的催化活性。采用BET、XRD、TG、FT-IR和TLC等表征K2O/C的微观结构与催化性能,研究发现:在真空浸渍法条件下,炭基载体孔隙中吸附的空气在负压条件下被移除出来,有利于K2CO3溶液充分进入并均匀分散在炭基载体的孔隙中,在高温活化过程中,与炭基载体的活性OH反应,生成CO2和H2O,并在炭基载体的孔隙中产生均匀分散的K2O-C活性位点,获得具有较高碱强度和碱量的炭基固体碱催化剂K2O/C。5.在20 k Hz,150 W超声功率下,将摩尔比为2:1的油酸甲酯和纤维低聚糖(水溶液)超声15 min,形成均一稳定的乳化体系,真空条件下,移除体系中的大部分水分后,加入占总物料量5%的K2O/C催化剂,125℃下反应2 h,反应过程中不断移除反应体系中的水和甲醇,纤维低聚糖油酸酯的最高得率为85.6%。采用FT-IR,1H NMR,13C NMR和TLC等表征纤维低聚糖脂肪酸酯的组成和性能,实验所制备的纤维低聚糖脂肪酸酯具有较好的表面活性,其中酯化度为19.8%,HLB值为9.89,表面张力为32.1 m N/m,临界胶束浓度0.152 g/L,乳化力为28.1%,硬水稳定性较好。研究指出:在超声波的空化作用下,纤维低聚糖水溶液和油酸甲酯的两相体系形成了均一稳定的乳化液,极大地增加了纤维低聚糖分子与油酸甲酯的接触几率,在碱性环境下,纤维低聚糖分子中较活泼的羟基去质子化,生成的氧负离子进攻油酸甲酯分子中带正电荷的羰基碳,发生亲核取代反应,生成纤维低聚糖油酸酯和甲醇,生成的甲醇在真空条件下离开反应体系,使得反应平衡逐渐向正方向移动,最终得到纤维低聚糖油酸酯产品。