预处理对有机溶剂木质素解聚性能的影响

摘要

木质素是自然界中广泛存在的可再生生物质原料，其高分子结构非常稳定难以解聚，因而没有得到充分利用。木质素解聚需要断裂C-O和C-C键，其中天然木质素中含量最高的连接方式是β-O-4芳醚键。在常规有机溶剂木质素的提取过程中，大量β-O-4芳醚键在酸的作用下断键，进一步发生的严重缩聚，使木质素的解聚更为困难。本文研究了在提取过程中加入甲醛，甲酸和甲醇等化合物来稳定木质素侧链的芳醚键，抑制有机溶剂木质素的缩聚。 利用GPC，FT-IR，HSQC-NMR，TGA和Py-GC/MS等技术表征了改进的有机溶剂木质素的结构和热化学性质。在预处理过程中，稳定剂可以抑制木质素中芳醚键断裂。甲醛稳定的木质素中仍然存在大量β-O-4键，保留了天然木质素的结构特征。与甲醛稳定的木质素相比，未添加稳定剂提取的木质素受热更难解聚。对于木质素快速热解过程，甲醛的稳定作用使可冷凝挥发物的产率增加了两倍，同时形成较少的焦炭。热解性能的改善可归因于去木质素作用过程中天然芳醚键的保留，抑制了木质素的缩聚。 热解液体产物生物油具有含氧量高，热值低和酸性强等缺点，需要使用催化剂来进行脱氧转化。HZSM-5分子筛作用下的催化热解，可冷凝液体产物的收率均高于非催化热解。Hβ分子筛作用下的催化热解，脱氧效果良好，但是可冷凝液体产物的收率仅有非催化热解的三分之一，甲醇和甲酸稳定的木质素的收率仅有非催化热解的二分之一。 进一步考察了提取过程中加入稳定剂对于有机溶剂木质素氢解性能的影响。预处理过程中加入小分子稳定剂对木质素氢解的单体收率有显著的促进作用，其中丙醛稳定的木质素氢解的收率为35%，比未添加稳定剂提取的木质素增加了近三倍。通过氢解后单体产物选择性推测：乙醛和丙醛稳定的是愈创木酚类中的α，γ-二醇基团；而甲酸，甲醇和甲醛稳定的是苯酚和丁香酚类中的α，γ-二醇基团。

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