炭基杂原子官能团对木质素模型化合物热解的影响机制

发布时间：2021-07-13 19:58

　　采用官能团化碳纳米管模拟半焦表面活性官能团,通过热裂解气相色谱/质谱联用仪（Py-GC/MS）研究其对β-O-4型木质素模型化合物热解的影响机制。结果表明:β-O-4型模型化合物在低温下以协同反应为主,高温下均裂反应的竞争性高于协同反应。炭基杂原子官能团能够有效促进β-O-4型模型化合物中C_β-O键的断裂,主要通过氢键和π-π堆积效应与β-O-4模型化合物分子发生相互作用,达到催化热解的作用。 

【文章来源】：可再生能源. 2020,38(09)北大核心

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

β-O-4型模型化合物的均裂反应

在理解不同温度下β-O-4型木质素模型化合物热解途径的基础上，选用各种官能团化碳纳米管（NGCNT,HGCNT,CGCNT,GCNT）在500℃与其相互作用，探讨不同官能团化对热解产物及相对含量的影响。热解后产物分布如图4所示。通过对比表1和图4结果可知，引入官能团化碳纳米管后，β-O-4型木质素模型化合物的产物分布发生明显变化。最主要的热解产物愈创木酚相对含量从59.09%下降到38.81%～51.99%，这表明官能团化碳纳米管促进了愈创木酚的二次分解。此外，引入官能团后，甲苯、苯甲醚、苯甲醛、对甲酚、2-甲氧基-4-甲基苯酚、3-甲基邻苯二酚、4-甲基邻苯二酚以及2-甲氧基-4-乙烯基苯酚等8种化合物从产物中消失；而苯酚、2-羟基苯甲醛、2-甲基苯酚、丁香酚和异丁香酚等5种化合物的相对含量有了显著提高。该结果表明，官能团化碳纳米管改变了β-O-4型木质素模型化合物的分解途径，抑制了上述前8种产物的生成，但对后5种成分却有促进作用。

协同反应具有两条路径。协同反应1:Cβ和Cα键位经过一个四元环的过渡态生成中间产物c和d；中间产物c的后续反应是过渡态Cα位的羟基和Cγ位的羟基之间发生脱水，造成Cα-Cβ断裂，再结合H自由基，通过烯醇互变异构等过程形成香兰素和香草乙酮（图2）。协同反应2:Cγ和Cβ键位经过一个四元环的过渡态生成中间产物e和d；产物e由过渡态Cα和Cγ位的羟基之间发生脱水、Cβ-Cγ发生断裂，并结合H自由基后生成2-甲氧基-4-乙烯基苯酚（图3）。另一种路径是先经过烯醇异构过程，接着Cα-Cβ键发生断裂得到产物香兰素，中间产物d为愈创木酚，还有可能生成2-羟基苯甲醛、邻苯二酚、苯酚等中间产物。图3 β-O-4型模型化合物的协同反应2

【参考文献】：
期刊论文
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[2]磷钨酸铯催化工业蔗渣木质素制备酚类化学品[J]. 黎演明,吴学众,卢波,杜芳黎,龙思宇,黄华林,唐培朵.  可再生能源. 2018(02)
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[4]基于Py-GC/MS的葵花秆热解产物组成结构研究[J]. 张会宽,周安宁,陈福欣,张少利,赵丹丹,贺新福,任秀彬.  可再生能源. 2015(03)
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博士论文
[1]含氧官能团对木质素模化物热化学解构机制的影响规律研究[D]. 姜炜坤.华南理工大学 2018

硕士论文
[1]木质素模化物热解行为的研究[D]. 邓裕斌.华南理工大学 2015



本文编号：3282705