木質(zhì)素催化熱解制備芳香族單體化合物的研究.pdf

1、木質(zhì)素儲(chǔ)量豐富，是極具潛力的可再生資源，通過(guò)熱解技術(shù)可制備液體燃料添加劑與高價(jià)值化學(xué)品。但由于木質(zhì)素本身結(jié)構(gòu)多樣，而熱解過(guò)程非常復(fù)雜，對(duì)不同木質(zhì)素的熱解行為研究非常有必要。本文制備了6種不同的木質(zhì)素，采用元素及紅外分析對(duì)不同木質(zhì)素的化學(xué)結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征，采用TG-FTIR（熱重聯(lián)用紅外光譜技術(shù)）及PY-GC/MS（快速熱解聯(lián)用色譜-質(zhì)譜技術(shù)）對(duì)木質(zhì)素的（催化）熱解過(guò)程及產(chǎn)物分布進(jìn)行了研究，系統(tǒng)的分析了生物質(zhì)來(lái)源及分離方法、溫度以及催化劑對(duì)木

2、質(zhì)素?zé)峤馓匦缘挠绊?，獲得木質(zhì)素制備芳香族單體化合物的熱解機(jī)理及其最優(yōu)工藝參數(shù)。
　　元素分析結(jié)果表明:主要元素的具體含量隨生物質(zhì)來(lái)源、分離方法的不同而不同。Klason法木材類木質(zhì)素的C元素含量較之禾本科木質(zhì)素要高約20％左右。堿木質(zhì)素的C元素含量及H元素含量都是最高的，分別為67.98％和9.18％。Klason楓木木質(zhì)素、Klason杉木木質(zhì)素、Klason秸稈木質(zhì)素、Klason稻殼木質(zhì)素、磨木木質(zhì)素和堿木質(zhì)素的分子式分別為

3、C4.64H4.017O2.482、 C4.939H5.255O2.129、 C2.703H2.787O3.944、 C3.291H3.131O3.51、 C4.542H5.45O2.446和C5.665H9.18O1.414。紅外分析結(jié)果表明:采用Klason法制備的不同生物質(zhì)來(lái)源的木質(zhì)素中，Klason楓木木質(zhì)素因具有較為豐富的紫丁香基結(jié)構(gòu)在1120 cm-1與1325 cm-1處表現(xiàn)出明顯的吸收峰。磨木木質(zhì)素在1715～1705

4、cm-1處的伸縮振動(dòng)吸收峰非常強(qiáng)，說(shuō)明存在較多的非共軛羰基。
　　運(yùn)用TG-FTIR研究了升溫速率、不同來(lái)源以及分離方法對(duì)6種木質(zhì)素慢速熱解特性的影響，發(fā)現(xiàn)不同種類木質(zhì)素的熱解過(guò)程表現(xiàn)為兩個(gè)主要失重階段，對(duì)應(yīng)著芳香族類化合物的析出與小分子氣體的析出過(guò)程;其中Klason楓木木質(zhì)素的熱解活性較高，在較低的溫度點(diǎn)達(dá)到了失重最大速率(378℃)，與之含有豐富的甲氧基結(jié)構(gòu)有關(guān)。在實(shí)驗(yàn)分析的基礎(chǔ)上建立了分階段反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型，計(jì)算其在不同熱解

5、階段的動(dòng)力學(xué)參數(shù)，發(fā)現(xiàn)第一階段活化能主要在19.95 kJ/mol～33.66 kJ/mol之間，而熱解第二階段的活化能則從34.82 kJ/mol～48.99 kJ/mol之間。
　　最后采用PY-GC/MS研究了溫度（550℃、650℃、800℃及900℃）、催化劑(HZSM-5(210)、HZSM-5(50)、HZSM-5(25)、H-USY及H-β）及催化劑與木質(zhì)素的比例（2∶1、4∶1及8∶1）等因素對(duì)木質(zhì)素快速熱解目標(biāo)