基于热解-氨化耦合的木质素制备芳香胺反应机理和调控机制研究

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AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51906112
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    24.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0607.可再生能源与新能源利用中的工程热物理问题
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2019
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2020-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Due to its complex composition and stability, lignin is difficult to be used effectively and largely abandoned. Aromatic amines are important petroleum-based chemicals with wide application. In this study, based on coupling pyrolysis and catalytic ammonization reactions, catalytic fast pyrolysis under ammonia atmosphere is proposed to make full use of the aromatic ring and oxygen-containing functional groups in lignin in order to realize efficient production of aromatic amines in one-step. In view of the problems of unclear reaction mechanism and catalyst structure-activity relationship in the conversion process, the effect of active nitrogen source on lignin pyrolysis under ammonia-rich atmosphere and its migration mechanism are investigated firstly. Then, through investigating the on-line pyrolysis of lignin model compounds with the help of quantum calculations, the selective enrichment mechanism of lignin and its cracked phenolic compounds to simple aromatic amines will be elucidated. Subsequently, the activity and selectivity of catalyst for catalytic ammonization reaction are studied by controlling the properties of catalyst, such as acidity-alkalinity, doping element type, pore structure, particle size, etc; the theoretical structure-activity relationship of catalyst in the pyrolysis- ammonization reaction is revealed through various characterization means. Finally, through full-factorial design of experimental method, the process parameters are optimized systematically to generate aromatic amines efficiently from lignin. This work is expected to provide theoretical guidance and practical basis for sustainable production of aromatic amines and high-value utilization of lignin.
木质素由于组成复杂、结构稳定,难以被有效利用而被大量废弃。芳香胺是一类具有广泛应用的重要化学品。本项目将热解和催化氨化反应耦合,充分利用木质素结构中的芳香环结构和含氧官能团(酚羟基等),实现木质素一步定向高效制备简单芳香胺。针对转化过程中存在的反应机制和催化剂构效关系不明确等问题,本项目首先通过富氨氛围木质素热解特性研究阐明活性氨源对木质素热解影响及氮迁移机制;随后通过模型化合物在线热解-氨化实验与量化计算结合,揭示木质素向简单芳香胺转化的反应路径和转化机制;进一步通过对催化剂的晶粒尺寸、孔道结构、酸碱性和骨架元素等性质进行调控,结合热解-氨化反应效果与催化剂表征结果,探究催化剂性质对木质素制备芳香胺的影响规律和构效关系;最终通过全因子设计法研究热解-氨化过程中的各种工况因素耦合对木质素热解氨化制备芳香胺的影响,从而为芳香胺的绿色可持续生产和木质素高值化利用提供理论指导和实践基础。

结项摘要

芳香胺(如苯胺,甲基苯胺,二甲基苯胺)是一类重要的工业化学品,可作为原料合成橡胶硫化促进剂、显影剂、染料、农药试剂、药品、炸药和二苯基甲烷聚氨酯(MDI)等材料和精细化学品。每年我国芳香胺市场交易额高达数百亿,其中苯胺每年生产和需求量最大。木质素,是数量上仅次于纤维素的第二天然高分子材料,在生物质中含量约为20-40%,也是自然界中唯一能够提供大宗可再生芳香基化学物的可再生资源。为了充分利用生物质中的含氧官能团,本报告通过氨气氛围催化快速热解的方法实现木质素一步定向制备具有高附加值芳香胺;通过对木质素热解中间体和产物分布规律进行分析,以及对催化剂的酸碱性、骨架元素(金属掺杂改性)、孔道结构和晶体颗粒大小等因素以及对反应温度、载气组成等因素系统调控实现氨气氛围选择性利用木质素结构中的芳香基官能团和含氧官能团并催化快速热解高效制备芳香胺,最终提出一条能够实现木质素高值化利用和芳香胺绿色、可持续生产的新路径。因此,以木质素为原料实现木质素的资源化和高附加值化利用具有重要的意义。

项目成果

期刊论文数量(6)
专著数量(2)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(1)
Catalytic co-pyrolysis of cellulose and waste polyoxymethylene to improve producing pyridines compounds over commercial HZSM-5 zeolites under ammonia atmosphere
氨气氛下催化共热解纤维素和废聚甲醛以改进商用 HZSM-5 沸石生产吡啶化合物
  • DOI:
    10.1016/j.jaap.2021.105275
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Journal of Analytical and Applied Pyrolysis
  • 影响因子:
    6
  • 作者:
    Zhou Xianjun;Jiang Liqun;Zhang Huan;Dong Chengyu;Xu Lujiang
  • 通讯作者:
    Xu Lujiang
Production of aromatic amines via catalytic co-pyrolysis of lignin and phenol-formaldehyde resins with ammonia over commercial HZSM-5 zeolites
商业 HZSM-5 沸石上木质素和酚醛树脂与氨催化共热解生产芳香胺
  • DOI:
    10.1016/j.actatropica.2020.124252
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Bioresource Technology
  • 影响因子:
    11.4
  • 作者:
    Xu Lujiang;He Zijian;Zhang Huan;Wu Shenghong;Dong Chengyu;Fang Zhen
  • 通讯作者:
    Fang Zhen
Catalytic Pyrolysis of Soybean Oil with CaO/Bio-Char Based Catalyst to Produce High Quality Biofuel
CaO/生物炭基催化剂催化热解大豆油生产高品质生物燃料
  • DOI:
    10.32604/jrm.2022.020691
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Journal of Renewable Materials
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Lujiang Xu;Geliang Xie;Xianjun Zhou;Yucheng Liu;Zhen Fang
  • 通讯作者:
    Zhen Fang
Comprehensively utilization of spent bleaching clay for producing high quality bio-fuel via fast pyrolysis process
综合利用废白土快速热解生产高品质生物燃料
  • DOI:
    10.1016/j.energy.2019.116371
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Energy
  • 影响因子:
    9
  • 作者:
    Xu Lujiang;Chen Shijia;Song He;Liu Yang;Shi Chenchen;Lu Qiang
  • 通讯作者:
    Lu Qiang
针叶木木质素单体模型化合物热解研究进展
  • DOI:
    10.1002/eqe.2716
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    农业工程学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    徐禄江;史陈晨;何子健;刘洋;吴晟红;方真
  • 通讯作者:
    方真

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    --
  • 作者:
    张颖;韩铮;徐禄江;傅尧
  • 通讯作者:
    傅尧

其他文献

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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