杨木生物预处理选择性热解制备苯及其衍生物

发布时间：2020-04-06 04:21

【摘要】：常规生物质热解得到的生物油有机产物种类繁多,选择性低,严重制约了其工业化应用。适当的预处理工艺可有助于生物质热解获得特定高附加值产物。本论文探索研究了生物预处理对杨木选择性热解制备苯及其衍生物的影响,主要结果如下:1.自然降解对杨木热解特性影响的研究为了探索自然降解过程中木材的热解特征变化,以4种不用降解度的杨木为原料,通过TGA和Py-GC/MS研究了它们的热解行为。结果表明,随着降解度从0%提高到60%,半纤维素和纤维素的含量从22.2%和46.39%降低至11.77%和22.32%,木质素和提取物的含量从23.9%和7.51%升高至至39.85%和26.06%。热解过程主要发生在两个阶段。低降解度(不高于45%)对木材热解影响很小,随着自然降解程度的增加,热解行为越来越接近磨木木质素。杨木物理和化学结构的变化,导致其活化能从91.37kJ/mol降低到74.08kJ/mol。在热解生物油中,酮类、醛类、糖类和呋喃类产率的含量分别从15.67%、4.61%、8.31%和7.86%略微降低至12.52%、3.32%、7.90%和6.46%。而酸类的含量从19.03%明显降至11.25%,酚类含量从22.52%显著上升到35.97%。高降解度的木材可作为选择性热解生产酚类的原料。2.厌氧发酵对杨木热解特性影响的研究对杨木锯末进行厌氧发酵预处理,考察了发酵时间对杨木锯末热解特性的影响。结果表明厌氧发酵预处理主要破坏了杨木锯末中的综纤维素,纤维素和半纤维素相对含量分别由54.05%和17.96%下降至51.29%和13.21%,木质素的相对含量由26.58%提高至28.19%。经厌氧发酵预处理后的杨木锯末热解主要酚类产物由苯酚变为邻苯二酚,尤其在热解温度为500℃时,与未处理杨木锯末相比,预处理5天的杨木锯末热解酚类产物中邻苯二酚的产率明显提高,选择性由3.07%提高至5.37%,这可能是由于预处理破坏了杨木中S型木质素侧链造成的。3.厌氧发酵对杨木催化热解影响的研究对杨木锯末进行厌氧发酵预处理,考察了发酵时间对杨木锯末催化热解特性的影响。结果表明,厌氧发酵预处理可以提高杨木催化热解液体产物的产率,尤其是预处理5天的杨木锯末的产率明显提高。预处理20天的杨木锯末产物中芳香烃的相对含量高达37.9%,其中单环芳香烃的相对含量为26.5%,而且甲苯和二甲苯的相对含量较高,分别为10.4%和10.1%。研究从生物质预处理角度为生物质选择性热解制备芳香烃提供了思路。
【图文】：

催化热解,芳香烃,木质素,芳香烃类

先脱羰基生成呋喃，然后在催化剂孔道内形成环己烯和３，４－二甲基苯甲醛等中间逡逑产物，最后转变为芳香烃。Ｍｕｌｌｅｎ等［１（）］基于研究结果，提出了综纤维素催化热逡逑解生成芳香烃的路径如图１－１所示。逡逑Ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ逦Ａｎｈ＞ｄｒｏｓｕｇａｒｓ逡逑Ｉ邋Ｘｉ逡逑Ａ邋—邋＾逡逑Ｈｖｄｒｏｃａｒｂｏｎｓ．邋ｏｌｃｄｎｓ．邋ａｌｃｏｈｏｌｓ，邋ａｌｄｅｈｙｄｅｓ．逦＼邋ｎ逦＾逡逑ｋｅｔｏｎｅｓ．邋ｃａｒｂｏ＼＞ｌｉｃ邋ａｃｉｄｓ邋ａｎｄ邋ｓｏ邋ｏｎ逦一－逡逑Ｘ＞ｌａｎａ逡逑Ｃａｉａｌｙｓ．逦Ｆｕｒａｎｓ逡逑ＰＣ邋Ａｒｏｍａｎｃｓ逡逑ＭＣ邋Ａｒｏｎｗｉｉｃｓ逡逑图１－１综纤维素生成芳香烃机理图［１Ｇ１逡逑１．２．１．２木质素催化热解生成芳香烃机理逡逑木质素是由紫丁香基、愈创木基和对羟苯基三种苯基丙烷单体通过醚键和碳逡逑碳键连接形成的天然高分子化合物，因此木质素中苯源丰富。目前，普遍认可的逡逑木质素热解机理是自由基反应［４］：热解过程中，木质素单体之间的氧桥键、碳碳逡逑键以及木质素单体上的支链极容易受热断裂，首先生成酚类以及一些小分子有机逡逑物［１１］，，但这一过程中很少有芳香烃的形成；随后含酚类物质的热解气进入催化逡逑剂孔道内，转化成芳香烃；木质素单体上的支链断裂生成的小分子物质，在催化逡逑剂作用下

红外图谱,原料,红外分析,图谱

逦３９．８５逦１．６７逦２２．３２逦１．０５逦１１．７７逦０．６５逦７．３１逡逑２．３．２红外分析逡逑红外分析图谱见图２－１，图谱中各个出峰位置并没有明显变化，这说明自逡逑然降解前后，原料中的官能团种类并没有明显变化。对红外图谱进行解析，结逡逑果见表２－２。其中强度有明显变化的吸收峰如下：在１８７０？２０８０ｃｍ＿１处对应的逡逑１２逡逑
【学位授予单位】：华北电力大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TK6

【参考文献】