木质素结构及热解特性

为研究结构类型和提取方法对木质素热解特性的影响,本研究采用Klason方法预处理得到的棉杆、核桃壳Klason木质素和贝克曼方法预处理得到的核桃壳磨木木质素（MWL）,并结合傅里叶红外光谱仪（FT-IR）和快速热解仪-气相色谱/质谱联用（Py-GC/MS）对其化学结构和热解特性进行分析。FT-IR表明碱木质素为G型木质素,棉杆木质素属于GS类型木质素,而核桃壳木质素具有 HGS木质素的特征;Py-GC/MS分析发现原料的变化以及提取方法对木质素热解产物的组成有明显的影响,在棉杆Klason木质素中邻苯二酚类产物含量为28.18%,而在核桃壳Klason和磨木木质素的含量分别为18.12%和35.11%。同时研究表明经两种方法处理的木质素结构有明显的不同,其中Klason木质素结构中苯丙酸侧链上的α-和β-醚键明显断裂,而贝克曼处理主要体现在苯基芳基醚键的断裂。     

木质素慢速热解机理

利用热重考察了不同升温速率下木质素的热解特性,结合红外光谱对木质素热解的不同阶段生成的半焦的表征结果,分析了木质素在慢速升温条件下的热裂解机理,表明:木质素的热解是一个旧键断裂挥发、新键重组的过程。热解过程随着反应时间的推移依次分为水分挥发、支链断裂重组或挥发和芳环缩聚成碳3个阶段。采用Flynn-Wall-Ozawa方法,根据不同升温速率下测得的失重速率变化求算后两个阶段的活化能,结果分别为64 kJ·mol^-1和132 kJ·mol^-1,进一步证明了木质素热解的分段特征,并表明芳环缩聚成碳所需活化能远大于与苯环相连的支链断裂所需的能量。     

玉米秆酶解残渣木质素热解实验研究

对玉米秆酶解残渣木质素进行热重分析,结果表明,木质素热裂解主要发生在180～500℃,综合考虑热解效率和液体产物产率最大化,选取快速热解实验的热解温度范围为500～600℃。并在实验室自行设计的装置上对木质素进行热解实验,在550℃时得到热解液体产物热解油最大产率,为30.9%。对热解油进行气相色谱―质谱分析,结果显示木质素热解产物相对简单,一级和二、三、四级热解油的成分主要是酮类和酚类;而电捕油中酮类很少,大部分是酚类,另有15.07%的2,3-二氢苯并呋喃。     

杏壳木质素的结构表征及其热解特性研究

为研究杏壳木质素的结构、热解特性及其产物的生成规律,通过硫酸脱除法从杏壳中分离出杏壳木质素,并通过红外光谱(FT-IR)和核磁共振(NMR)对其结构组成进行表征,利用热重及热重-红外联用分析研究其热解产物生成特性。研究结果表明：硫酸脱除法得到的杏壳木质素得率为30.42%,红外光谱图显示有较强的紫丁香基峰,还有一定量的愈创木基,二维核磁共振图谱表明杏壳木质素中有紫丁香基(S)、愈创木基(G)和对羟基苯基(H)3种木质素结构单元,属于SGH型木质素。热重及热重-红外联用分析表明杏壳木质素热解过程主要分为3个阶段,主要热解阶段发生在150~650 ℃之间的较宽温度范围内,360 ℃时热失重速率最大,热解产物主要为H₂O、CO、CO₂、CH₄以及醇、醛、酚、酸等。杏壳木质素中苯丙烷侧链上醚键和苯环间醚键断裂及挥发分二次裂解使CO的析出温度范围较宽,在200~700 ℃之间;羧基和羰基等官能团不稳定易断裂和重整,使CO₂的析出温度范围较窄,在250~650 ℃之间;苯丙烷侧链的断裂和苯环上甲氧基官能团的去甲基化反应,以及芳香环的深度断裂,使CH₄的析出在400和600 ℃时呈现2个峰值。     

纤维素与木质素共热解试验及动力学分析

采用热重分析仪（TGA）对木质素与纤维素单独热解和共热解基本特性及热解动力学进行了研究。热重分析曲线表明,木质素热解过程是由两个位于不同温度段的热解过程组成,纤维素则仅在300～380 ℃的温区内迅速热解,在纤维素含量较低（≤40%）共热解时,二者表现为相互抑制作用,但随着纤维素含量增大,二者关系转变为相互促进作用。热解动力学研究表明,纤维素与木质素单独热解和共热解过程都可用一级反应动力学模型来描述,且随着纤维素含量增加,反应活化能（E）也随之增加,但其值总小于活化能线性加和值（Ec）,据此可推测共热解过程存在着一定的协同作用。     

氧化氨解木质素化学结构特性的研究

对麦草和木材碱木质素氧化氨解反应产物的化学结构进行研究。结果表明 ,反应产物中有羧基产生 ;芳环的破坏主要发生在升温阶段。在木质素的部分芳环被氧化断裂的同时还发生了脱甲氧基反应。硝基苯氧化降解的结果表明 ,木材和麦草碱木质素分别有近 1 /2和 2 /3的未缩合单元被破坏。     

生物质热解特性和动力学研究

利用热重分析对在氮气气氛下不同升温速率的马尾松生物质原料热失重行为进行了研究。由失重和失重速率曲线分析可知,生物质热解过程分为三个阶段。根据热重实验数据建立动力学热解模型,运用Popescu法从22种动力学机理函数中寻求裂解的最概然机理函数并计算裂解的动力学参数。结果表明,Zhuralev,Lesokin和Tempelmen(Z-L-T)方程为最概然机理函数。     

废旧电路板热解特性的研究

热解是回收处理废旧电路板中金属及树脂成分的重要方法。文中采用热重差热联用分析仪和裂解气相色谱质谱联用仪检测了以酚醛树脂为基板的废旧电路板热解特性;分析了不同速率下的动力学参数,及其热解产物的化学成分。实验研究结果表明:废旧电路板热解过程主要有2个快速质量损失阶段(270—350℃,350—480℃),其平均活化能分别约为67,97 kJ/mol。其裂解产物主要是苯酚、对甲苯酚、邻异丙烯基苯酚、邻甲苯酚、对异丙基苯酚、糠醛等。     

碱性木质素与油页岩共热解及协同作用的分析

利用热重红外联用仪对油页岩、碱性木质素二者的单独样和混合样进行常压热解实验,对两者的混合共热解特性以及协同作用进行了分析。结果表明:通过理论值与实验值对比以及RMS指数分析,发现两者仅在高温热解区间存在明显的协同作用。升温速率越小的试样,反应越彻底,质量损失率也最高;反之产生热解滞后现象;两者的混合热解质量损失峰整体都随着升温速率的升高,向高温一侧移动,但整体变化不大。CH_4、CO、芳环结构化合物的气体析出浓度与升温速率成正比关系;其他产物均为不规律变化。碱性木质素在热解终温为900℃时的半焦表面存在气相产物扩散未果而形成的鼓泡状小颗粒;而油页岩热解已接近完成,所得半焦未见鼓泡状小颗粒,整体平坦圆滑,存在大量的空隙;随着混合样品中油页岩所占比例的减小,热解所得半焦开始发生破碎现象,孔隙增大,鼓泡状小颗粒分散且形态变小,表面粗糙度降低,半焦表面亮度增加。     

木质素及其模型化合物热解研究进展

木质素是世界第二大可再生生物质资源,实现木质素的资源化、高值化利用对国民经济发展具有重要意义。木质素热解因具有成本低廉、操作简单、可获得高附加值产品等优点受到了学者的广泛关注。本文综述了β-O-4、α-O-4、β-5等木质素模型化合物的热解机理,比较了模型化合物中不同种类连接键断裂的难易程度及生成产物的区别;概述了木质素热解过程的特性、影响因素及产物分布规律,阐述了催化剂对热解过程的影响,尤其是金属盐类和分子筛对热解产物组成的影响规律和催化作用机制,详细介绍了木质素热解制备酚类化学品和生物油的关键控制因素及产品特点;针对现有木质素热解技术存在的机理不明确、目标产物选择性低、产物提纯困难等问题,对探索热解机理、开发新型催化剂及生产工艺、提高经济效益等发展方向进行了展望,为木质素资源化利用提供了理论基础。     

热解温度对纤维素和木质素成炭结构的影响

从纤维素、木质素和半纤维素热解转化特征及分子重构建行为着手,利用TG、TEM、Raman、XRD、FT-IR等分析手段探究这3种物质的热解炭化机理.实验结果表明:半纤维素在炭化过程中几乎完全分解;链状结构的纤维素热分解脱除氢氧后,形成的碳自由基发生芳构化重排,大部分构成生物质热解炭中的结晶区;木质素分子结构复杂,呈交联...     

油页岩半焦热解特性

利用热重分析仪对油页岩半焦热解特性进行了研究.综合考虑制取半焦所获得的页岩油品质、半焦成分、发热量和循环流化床设计,认为干馏温度介于500～600℃为宜;干馏度对半焦热解初析温度和低温段热解过程有影响,但对高温段热解影响不明显,高温干馏所制取的半焦其热解过程包含于低温所制取的半焦热解过程中;随升温速率的提高,相同温度下的半焦热解度降低,当升温速率超过40℃•min^-1后,升温速率对半焦热解过程影响不大;最后采用Coasts法计算了油页岩半焦热解动力学参数,计算结果可供数值仿真和工程设计参考.     

海藻热解特性及动力学分析

采用热分析技术研究了两种海藻的热解特性。热解实验在流量为 100 mL/min 的氮气气氛下,加热终温为 700℃,升温速率为10、20、30、50和 80℃/min 的条件下完成。由失重和失重速率曲线分析表明:热解过程大致可以分为4个阶段:脱水、两个主要脱挥发分和残留物分解。根据热重实验数据,采用Popescu法确定海藻热解机理函数并且计算活化能和指前因子,结果表明Avrami-Erofeev方程可以用来描述海藻的主要挥发分脱除过程,热解机理为随机成核和随后生长机理。随着转化率的增加,活化能和指前因子也随着增加。说明转化率低,热解较容易发生。     

废塑料热解特性研究

采用热重分析法及差示扫描量热法,在氮气气氛下分别以5,10,15,20℃/min的升温速率对四种废弃塑料(PP、PS、PE、PET)热解过程及其动力学进行了研究。实验结果表明:四种塑料聚合物的非等温热解只有1个剧烈失重阶段,热稳定性的排序为:PSPETPPPE。随升温速率的提高,塑料的最大热解速度线性减小,对应的峰值温度线性升高,失重率基本不变。聚合物的热解机理满足一级反应动力学方程,且随着升温速率的提高,其活化能(E)和指前因子(A)线性增大,ln A与E之间存在近似的线性关系。     

葵花杆的热解特性及热解产物分析

为充分利用生物质葵花杆,采用同步热分析仪以升温速率为影响因素对葵花杆的热解特性进行研究,利用Coats-Redfern积分法计算主要阶段热解动力学参数,并采用气相色谱/质谱联用仪对热解产物进行了定量分析.研究结果表明:葵花杆的热解过程可分为预热干燥、主要热解及炭化3个阶段;随着升温速率的增大,葵花杆热解的TG曲线向高温...     

生物质热解研究进展

当今社会面临着能源短缺和环境破坏日益严重等问题,生物质能源作为可再生绿色能源,大量开发利用对于工业和社会生活中具有重要的意义。生物质热解技术是将生物质转化成生物质能的有效可行方法之一。为实现生物质能源工业化、规模化生产,必须要完善热解反应技术及其核心热解反应器装置。在分析了生物质热解机理的基础上,着重介绍了热解反应器的类型以及其特点。     

一步热解活化法制备纳米木质素基多孔炭材料

以木质素为原料,采用管式炉反应器通过一步热解-半活化法获得木质素基多孔炭材料（LPC）。采用氮吸附（BET）、扫描电镜（SEM）和傅里叶变换红外光谱（FTIR）对多孔炭材料的物化性质进行分析。在900℃的恒定炭化温度下,CO₂体积分数为6%、水蒸气体积分数约为20%时,LPC-C₆S₂₀表面具有良好的纳米结构,并且总孔容和比表面积分别达到0.77cm³/g和1497.51m²/g,活化气氛促进了多孔炭材料颗粒趋于均匀和微孔、中孔的形成。LPC样品含有—OH、C—H、C＝C、C—O、C＝O、CO—C、C—N、C＝N等丰富的表面官能团。随着活化剂浓度的变化,这些官能团保持相对稳定。因此,通过该方法获得的样品具有良好的纳米结构,具有较大的孔容、比表面积和表面官能团。     

木质素催化热解用催化剂的研究进展

木质素是一种结构复杂、产量丰富但利用率较低的生物质资源,可通过催化热解解聚为高附加值产物,具有广阔的应用前景。本文介绍了催化剂机理研究方法和催化剂作用方式,比较了催化木质素热解常用的分子筛类催化剂、金属氧化物类催化剂和金属盐类催化剂的催化性能、产物收率、产品分布、催化机理及优缺点。文中指出：分子筛类催化剂的脱氧能力强、酸度高,但液体产物收率较低;金属氧化物类催化剂具有液体产物收率较高、热稳定性强等优点,但依赖于催化剂酸碱性的调控;金属盐类催化剂虽高效、价格低廉,但热稳定性差、易失活。同时,本文对木质素催化热解领域提出了展望,未来热解催化剂的研究有待深入和系统化,根据木质素种类和目标产物设计复合型催化剂、核壳型催化剂和多催化剂协同催化是未来热解催化剂发展的趋势。     

醋酸木质素结构特性及抗氧化研究

采用醋酸法提取大叶麻竹笋笋壳中木质素,对其表面微观特性、结晶特性、热稳定性和吸湿特性等进行分析,并进一步研究了醋酸木质素的抗氧化能力,并与相同来源的纤维残渣和粗膳食纤维进行对比研究。研究结果表明：醋酸木质素表面成球形且结构粗糙多孔;并以无定形结构存在;热稳定性较好;吸湿率很低;在DPPH自由基清除能力和亚铁离子还原能力（FRAP）方面,醋酸木质素抗氧化能力高于人工合成的抗氧化剂BHT,其ABTS自由基清除能力与BHT相当,无显著差异。而且醋酸木质素的抗氧化能力都要显著高于相同来源的纤维残渣和粗膳食纤维。因此,醋酸木质素具有应用于抗氧化剂的潜力。