亚临界水的应用和研究概况
(1) 亚临界水的性质
水是一种对环境无害的溶剂,常温常压下水是极性很大的溶剂,但是,当在适度的压力下,如果将水加热到100℃以上,临界温度374℃以下的高温时,使其仍然保持在液体状态,这时的水可叫做亚临界水(SCW),也称高压热水或热液态水。近年来,以亚临界水为溶剂和反应介质的化学反应得到了广泛研究。
在饱和蒸汽压下,SCW的电离常数在260℃附近有一极大值约为l0-11(mol/kg),为常温常压水的1000倍,且电离常数随压力的增大而增大。这时水自身电离出H+和OH-离子,可以作为反应中的催化剂,同时,传质阻力小,对有机物溶解性能好,产物只需简单的降温降压便可与水分离,有可能减少不希望的副产物产生等。但是操作温度与压力相对较低,更容易进行控制和实现工业化应用。
(2)亚临界水中的有机化学反应研究概况
亚临界水(SCW)中的化学反应主要有生物质资源化、高分子材料的回收利用、有机合成反应等。SCW的性质随温度和压力可调,可以根据需要设计反应所需要的条件,控制反应朝期望的方向进行。随着温度接近临界点,水的酸碱催化能力大大增强,在一定程度上可以代替传统酸碱催化剂用于酸碱催化反应,免去酸碱催化剂的应用以及酸碱的后处理过程,消除了污染源。
2. 3 亚临界水中糖的转化研究
(1)亚临界水中多糖的转化
由于上述亚临界水(SCW)具有诸多优点。近年来利用SCW进行生物质转化的研究引起了人们的广泛重视,开展了许多非常有意义的工作。利用SCW对生物质进行转化,水不仅作为溶剂同时作为催化剂,成为由生物质生产燃料气和化工原料的重要途径之一。
目前在SCW中纤维素的转化主要集中在超临界水中纤维素分解反应动力学和机理的研究上,主要目的是探索SCW中纤维素制取葡萄糖(glucose)及其它小分子化合物的可行性。
(2)亚临界水中低聚糖的转化
Kabyemela等研究了纤维二糖在近(超)临界水(25MPa、320-400℃、0.05-4s)中的降解反应动力学。纤维二糖在高温水中主要发生热解和水解反应,热解产物为糖基赤藓糖(glycosylerythrose)和糖基乙醇醛(glycosylglycolaldehyde),水解产物为葡萄糖、甘油醛和赤藓糖(erythrose)。
(3)亚临界水中单糖的转化
高温水中单糖的转化研究主要集中在反应动力学的建立,反应产物的鉴定和各种催化剂对反应产物(主要为5-HMF和乙酰丙酸)产率的影响。