纤维素热解机理研究进展:以中间态纤维素为核心的纤维素演变

纤维素热解的机理研究对于生物质能的热利用至关重要,能够有效指导工业实际应用。基于著名的Broido-Shafizadeh模型,纤维素热解被分为两步,首先转变为活性的熔融态中间体(中间态纤维素),然后通过解聚和开环生成左旋葡聚糖、5-羟甲基糠醛、羟基乙醛等重要的化工原料。在这两步转变中,主要涉及低温段氢键网络的断裂、中间态纤维素的生成,以及高温段的解聚和吡喃环开环反应。本文从这3个部分对前人的研究进行了综述,着重介绍了中间态纤维素的生成和表征,综述了纤维素热解几个研究方向:结晶度和结晶形态对热解的影响、纤维素解聚反应方式、吡喃环开环方式等,详细阐述了二次反应对纤维素热解的影响,并提出了部分解决方案。关于纤维素热解依然存在诸多未知和争论,需要进一步的实验研究和理论计算对其进行揭示。

纤维素低氧环境下热解特性和糖类生成机制

在最小化二次反应的金属网反应器下对微晶纤维素进行低氧热解实验。采用带有脉冲安培检测的高性能阴离子交换色谱法(HPAEC-PAD)的Dionex ICS-6000离子色谱(IC)对热解后的产物水溶性中间态活性纤维素(WSIAC)和水溶性初生焦油(WSPT)的组成和分布进行分析。重点关注纤维素热解过程中几种脱水糖和糖聚物的生成转化规律。实验发现氧气通过促进中间态纤维素的生成来提前纤维素的分解。氧化气氛下,聚合度越高的脱水糖稳定性越差。氧气的存在一方面促进纤维二聚糖和纤维三聚糖生成,另一方面,它们的破碎或其他分解反应也在一定程度下受到氧气影响。