木质素在超临界甲醇和乙醇溶剂中液化过程分析

通过研究木质素分别在超临界甲醇和乙醇溶剂中的液化过程,分析反应温度(260～340℃)及反应时间(0～120min)对木质素在两种溶剂中的转化率、生物油收率及其组分差异的影响。实验表明,木质素在超临界乙醇中的转化率及产物收率均高于甲醇。当反应温度340℃,反应时间60min,木质素在超临界乙醇中的转化率和生物油收率比在甲醇中分别提高了16.23%和11.54%,残渣收率降低了16.23%。通过GC-MS和FTIR对生物油和残渣分析,发现生物油组分中芳香族化合物相对含量较高,在甲醇和乙醇溶剂中分别达到66.13%和58.84%;随着反应时间的延长,甲醇溶剂中残渣的醚键官能团逐渐增强,而在乙醇溶剂中则先增强后减弱。分析认为在木质素降解过程中,超临界乙醇和甲醇均可产生氢自由基作为供氢体,攻击木质素及其大分子片段中的官能团,同时使液化产物中的活性片段减活,减弱重聚合反应,从而更利于芳烃产物的生成。而甲醇在液化过程中容易与木质素断键产生的苯酚中间体发生脱氢缩合反应,通过醚键聚合产生长链芳香族化合物,形成残渣,降低生物油收率。

超临界乙醇中木质素解聚的宏观动力学模型

木质素反应动力学是控制木质素解聚反应深度、提高产物选择性的重要依据。基于缩芯模型,建立木质素在超临界乙醇中解聚的宏观动力学模型,并根据试验结果,优化求解动力学方程的参数,分别得到了木质素解聚反应过程和气膜传质过程的活化能,发现木质素在超临界乙醇作用下的解聚过程主要受化学反应过程控制。根据试验结果对建立的宏观动力学模型进行验证,木质素转化率的模拟值与试验值基本吻合。

钙钛矿催化木质素水热液化

以碱木质素为原料,采用GC-MS、FT-IR、元素分析等实验表征手段并结合DFT计算,对LaBO_(3)钙钛矿(LaCoO_(3)、LaFeO_(3)和LaNiO_(3))催化液化木质素的性能进行了研究,考察了反应时间、温度、催化剂用量和B位阳离子对木质素转化率、生物油收率及生物油化合物分布的影响。结果表明,三种钙钛矿都能促进木质素的裂解生成芳香族化合物,但LaCoO_(3)木质素液化催化性最好,其次为LaNiO_(3)和LaFeO_(3)。LaCoO_(3)添加量为5%、180℃下反应60 min时,生物油产率最高达67.20%,单芳香族化合物的相对含量最高达89.59%。LaBO_(3)晶体表面的氧原子通过吸附木质素中的氧原子降低了木质素分子内键的解离能(LaCoO_(3)的吸附能最大),同时其疏松多孔的形貌和适中的氧化还原能力,能够有效促进木质素分子内的C−C和C_(Ar)−OCH_(3)的断裂,实现大分子解聚和脱甲氧基反应,生成苯酚等高附加值化合物。