五種生物質(zhì)微波輔助液化工藝及特性研究.pdf

1、生物質(zhì)微波輔助液化技術(shù)是新型、高效利用生物質(zhì)的技術(shù)，可以解決傳統(tǒng)生物質(zhì)液化技術(shù)中存在的液化時(shí)間長(zhǎng)等瓶頸問題，國(guó)內(nèi)外對(duì)生物質(zhì)微波輔助液化技術(shù)的研究方興未艾。生物質(zhì)微波輔助液化產(chǎn)物可以制備生物基高分子材料，應(yīng)用前景十分廣泛。本論文利用微波加熱將五種農(nóng)林生物質(zhì)在苯酚、聚乙二醇400/丙三醇中液化，探討了生物質(zhì)含水率、微波功率、液化時(shí)間、液固比和生物質(zhì)顆粒度對(duì)液化反應(yīng)的影響，分析了液化產(chǎn)物的性質(zhì)，并分別利用多元醇、苯酚液化產(chǎn)物制備了生物基聚氨酯

2、泡沫、生物基酚醛樹脂，最后對(duì)液化產(chǎn)物和液化殘?jiān)M(jìn)行了分析表征。主要研究工作和結(jié)論如下:
　　 1.微波輔助楊木多元醇液化工藝表明:除了液化產(chǎn)物的羥值隨液固比的增加而增加外，一般來說，隨著微波功率和液固比的增加、液化時(shí)間的延長(zhǎng)、木粉顆粒度的減小，木粉液化產(chǎn)率逐漸升高，液化產(chǎn)物的羥值逐漸降低。當(dāng)木粉的含水率為4.7％時(shí)，木粉的液化產(chǎn)率和液化產(chǎn)物的羥值均較高。微波加熱楊木在聚乙二醇400/丙三醇二元溶劑中的較佳液化條件為:木粉的含水率

3、為4.7％，微波功率為500W，液固比為2，液化時(shí)間為15min，木粉粒徑小于0.450mm。和常規(guī)油浴液化相比，木粉在微波加熱下的多元醇液化速率至少比油浴加熱快8倍。
　　 2.五種生物質(zhì)多元醇液化特性研究表明:液固比相同時(shí)，楊木、杉木的液化產(chǎn)率最高，毛竹和漢麻次之，稻草最低;稻草液化產(chǎn)物的羥值最高，楊木、漢麻和毛竹次之，杉木最低。
　　 3.微波輔助楊木苯酚液化工藝表明:隨著木粉含水率的增加和木粉顆粒度的減小，液化產(chǎn)

4、率先升高后減小;而隨著微波功率和液固比的增加、液化時(shí)間的延長(zhǎng)，液化產(chǎn)率逐漸升高。微波加熱楊木在苯酚溶劑中的較佳液化條件為:木粉的含水率為40％，微波功率為400W，液固比為2，液化時(shí)間為15min，木粉粒徑小于0.450mm。和常規(guī)油浴液化相比，木粉在微波加熱下的苯酚液化速率至少比油浴加熱快6倍。
　　 4.五種生物質(zhì)苯酚液化特性研究表明:液固比相同時(shí)，楊木、杉木和毛竹的液化產(chǎn)率較高，漢麻次之，稻草最小。
　　 5.楊木

5、多元醇液化產(chǎn)物和聚氨酯泡沫的性質(zhì)表明:當(dāng)液固比從2增加到2.5時(shí)，液化產(chǎn)物的粘度和相對(duì)分子量降低，液化產(chǎn)物分子量的分布范圍變窄，尤其是粘度顯著降低;聚氨酯泡沫的密度和壓縮強(qiáng)度均增加。而隨著液固比從2.5增加到3，液固比對(duì)上述性質(zhì)的影響減弱。
　　 6.楊木苯酚液化產(chǎn)物的性質(zhì)表明:當(dāng)液固比從2增加到3時(shí)，液化產(chǎn)物的粘度和相對(duì)分子量均降低，分子量的分布范圍變窄。利用液固比為2.5的液化產(chǎn)物制備出的液化木基酚醛樹脂的粘度、pH、固含量

6、、游離甲醛含量和膠合強(qiáng)度分別為480mPa·s、11.2、48.3、0.26％和1.36MPa。
　　 7.液化產(chǎn)物GPC分析表明:隨著液化時(shí)間的延長(zhǎng)，多元醇液化產(chǎn)物的Mn、Mw和Mw/Mn總體上呈先減小后增加的趨勢(shì);液化時(shí)間15min時(shí)，多元醇液化產(chǎn)物的Mn、Mw和Mw/Mn最小，分別為466、685和1.47。液化時(shí)間2min時(shí)，苯酚液化產(chǎn)物的Mn和Mw顯著高于液化時(shí)間5～30min的液化產(chǎn)物;液化時(shí)間20min時(shí)，苯酚液化

7、產(chǎn)物的Mn、Mw和Mw/Mn相對(duì)較小，分別為610、1122和1.84。液化產(chǎn)物FT-IR分析表明:液化產(chǎn)物在1601cm-1、1595cm-1和1501cm-1處的苯環(huán)骨架振動(dòng)峰以及1352cm-1處的O-H彎曲振動(dòng)峰較強(qiáng)，結(jié)果說明木質(zhì)素最易液化，纖維素和半纖維素較易液化。
　　 8.液化殘?jiān)麱T-IR分析表明:隨著液化時(shí)間的延長(zhǎng)，1722cm-1（歸屬于半纖維素）、1616cm-1和1594cm-1等（歸屬于木質(zhì)素）處的峰強(qiáng)

8、變?nèi)酰?152cm-1和1060cm-1等（歸屬于纖維素）處的峰強(qiáng)變強(qiáng);結(jié)果說明木質(zhì)素最易液化，半纖維素較易液化，纖維素最難液化。液化殘?jiān)黃EM分析表明:液化時(shí)間越長(zhǎng)，木粉細(xì)胞壁的破壞程度越深。液化時(shí)間較短時(shí)，木粉細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)遭到一定的破壞，殘?jiān)w維呈短塊狀，纖維表面出現(xiàn)孔洞和裂痕等;液化時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)，殘?jiān)w維變得更加疏松短小、無規(guī)則，出現(xiàn)大量纖維碎片。液化殘?jiān)黊RD分析表明:液化殘?jiān)慕Y(jié)晶度均高于楊木木粉的結(jié)晶度，液化時(shí)間對(duì)殘?jiān)慕Y(jié)晶度影