基于Py-GC-MS的半纖維素熱裂解機理研究.pdf

1、生物質(zhì)熱裂解是一種能實現(xiàn)生物質(zhì)高效利用的制取高品位液體燃料的技術(shù)，受到了國內(nèi)外研究者的普遍關(guān)注。由于生物油成分的復(fù)雜以及其不穩(wěn)定的性質(zhì)，限制了生物質(zhì)熱裂解技術(shù)的廣泛應(yīng)用。主要原因之一是缺乏對生物質(zhì)熱裂解機理的深入研究，作為生物質(zhì)三大組分之一的半纖維素，由于其提取技術(shù)的困難和種類的多樣，所以還缺乏相關(guān)熱裂解機理的深入研究。本文依托相關(guān)科研項目，對半纖維素的化學結(jié)構(gòu)以及熱裂解進行了系統(tǒng)的研究。
　　 從半纖維素的性質(zhì)入手，通過元素分

2、析、FTIR壓片分析掌握了半纖維素的微觀結(jié)構(gòu)特征。然后利用熱重紅外聯(lián)用分析儀進行了半纖維素四種模化物（木聚糖、甘露糖、半乳糖、阿拉伯糖）的熱裂解對比試驗，將熱裂解行為與微觀結(jié)構(gòu)相聯(lián)系，對比四種?；锏臒崃呀庑袨?。發(fā)現(xiàn)四種?；锏臒崃呀膺^程主要有自由水蒸發(fā)、化學水脫除、主要結(jié)構(gòu)分解及焦炭形成四個階段，且最終焦炭產(chǎn)量大小順序為甘露糖＜半乳糖＜木聚糖＜阿拉伯糖。阿拉伯糖熱穩(wěn)定性較差，而甘露糖、半乳糖和木聚糖的熱穩(wěn)定則很高，其中木聚糖和半乳糖會

3、生成更多小分子氣體產(chǎn)物。
　　 在熱裂解-色譜質(zhì)譜聯(lián)用分析儀(Py-GC/MS)上開展了木聚糖快速熱裂解機理研究，發(fā)現(xiàn)木聚糖的主要熱裂解產(chǎn)物包括以糠醛為代表的醛類、乙酸為代表的酸類、以1-羥基2-丙酮和呋喃酮為代表的酮類及吡喃類物質(zhì)，其中乙酸和糠醛是木聚糖熱裂解最典型的產(chǎn)物，且兩者的生成機理存在著競爭關(guān)系。木聚糖進行熱裂解反應(yīng)時，首先發(fā)生解聚反應(yīng)生成不穩(wěn)定的直鏈中間體進而通過繼續(xù)裂解或者環(huán)化反應(yīng)形成多種熱裂解產(chǎn)物?；谀揪厶菬崃?/p>

4、解過程分析，開展了以D-木糖單體為反應(yīng)物的密度泛函理論模擬計算，確定了糠醛的形成最容易，而乙醇醛則較難生成。1-羥基-2-丙酮和呋喃酮的生成介于糠醛和乙醇醛之間，且兩者產(chǎn)率相當。
　　 本文還開展了木聚糖催化熱裂解行為研究。選取沸石分子篩HZSM-5作為催化劑，進行了木聚糖、纖維素的熱裂解對比試驗研究。研究發(fā)現(xiàn)，木聚糖熱裂解過程中添加HZSM-5會促進吡喃類物質(zhì)的分解，形成更多的醛類;促使酮類、酸類等含氧化合物脫氧生成小分子氣體