亞臨界水中木質(zhì)素的降解條件與機理探索.pdf

1、木質(zhì)素廣泛存在于植物細胞中，是自然界中僅次于纖維素的第二豐富的天然高分子，由苯丙烷單元通過醚鍵和C-C鍵結(jié)合而形成的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)狀高聚物。木質(zhì)素由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，導(dǎo)致其長期以來難以被有效利用。隨著礦物質(zhì)資源的日益枯竭和人們對環(huán)境的關(guān)注，天然高分子材料的轉(zhuǎn)化利用受到了高度重視。木質(zhì)素是生物質(zhì)各組分中蘊藏能量最高的成分，也是其中唯一含有苯環(huán)結(jié)構(gòu)的組分，可以通過降解、改性或者化學(xué)修飾可獲得高附加值利用，例如轉(zhuǎn)化為生物質(zhì)油和化學(xué)品等，是一種可再生的生物

2、質(zhì)資源。因此，高效無污染地降解木質(zhì)素，是提高其資源利用率的一種重要途徑。作為水的一種特殊熱力學(xué)狀態(tài)，亞臨界水表現(xiàn)出很多特殊的物理化學(xué)性能，例如既可以溶解有機物，也可以同時作為酸基催化劑前驅(qū)體等等。本論文通過探索亞臨界水中木質(zhì)素的降解反應(yīng)及其產(chǎn)物，研究木質(zhì)素在亞臨界水中的降解條件和降解機理。
　　首先，通過亞臨界水處理水稻秸稈并對其產(chǎn)物進行分析，發(fā)現(xiàn)液態(tài)產(chǎn)物中存在苯環(huán)結(jié)構(gòu)，從而證實水稻秸稈組分中的木質(zhì)素發(fā)生了降解。其次，通過在亞臨界

3、水中對從水稻秸稈中分離出來的木質(zhì)素溶液進行降解實驗，發(fā)現(xiàn)木質(zhì)素可以發(fā)生降解的溫度為240℃～280℃，壓強為2.1 MPa～19.0 MPa，增大壓強有利于木質(zhì)素降解。
　　探索試劑級脫堿木質(zhì)素(DL)在亞臨界水條件下，反應(yīng)溫度、壓強和時間對其降解的影響。實驗結(jié)果表明:溫度從240℃升高到280℃，明顯促進了木質(zhì)素的降解，使得木質(zhì)素降解率從62.6％升高到71.5％;反應(yīng)溫度為280℃時，反應(yīng)前通入氮氣增加壓強，使得木質(zhì)素的轉(zhuǎn)化率

4、先升高后降低，在反應(yīng)前通入4 MPa氮氣時木質(zhì)素到達最大降解率67.1％。
　　通過UV、TOC和GC-MS對DL木質(zhì)素在亞臨界水中的液態(tài)產(chǎn)物成分和結(jié)構(gòu)進行分析;通過元素分析、FT-IR和TG對其固態(tài)產(chǎn)物結(jié)構(gòu)進行了表征。根據(jù)對降解產(chǎn)物的分析，探討了木質(zhì)素在亞臨界水中的降解機理，發(fā)現(xiàn):亞臨界水體系中的水合離子，通過對木質(zhì)素的親電作用而引發(fā)其發(fā)生降解;在亞臨界水降解過程中，首先發(fā)生裂解的是木質(zhì)素結(jié)構(gòu)中連接各基元結(jié)構(gòu)單元之間的化學(xué)鍵，如