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木素是秸秆生物质的化学组分之一,其结构远比木材木素复杂,是一种尚未充分利用的可再生资源。通过对秸秆生物质木素的研究,可深入认识其化学结构特性,为其热化学转化为清洁能源等技术的开发提供基础研究与理论指导。
本论文详细介绍了一种新的木素分离方法,即酶解/温和酸解木素分离法,简称EAL法,并探讨了温和酸解的酸浓度对得率与纯度的影响;同时,采用了定量31p-NMR、木素衍生化后再还原降解(DFRC法)等技术较深入的研究了分离木素的元素组成、分子量分布、β-芳基醚键的特性与含量、DBDOs新型结构等特性。研究结果显示,以麦草为例,EAL木素得率是传统的磨木木素(MWL)的7倍多,纯度也有一定提高。两者的C、H、O含量及分子量分布基本相同。EAL木素较MWL木素含有更多的紫丁香基,其β-芳基醚键连接类型数量为0.811mmol/l,主要是由紫丁香基单元和愈创木基单元上的酚羟基形成。麦草EAL木素中存在三种类型的DBDOs新型结构,总含量为0.244mmol/L。
由于木素的热裂解特性非常复杂,木素的化学结构与特性对秸秆热化学裂解产物的影响也最大,因此,本论文采用热重分析法和裂解气相色谱-液相色谱分析法(Py-GC-MS)初步评价了木素的热解特性;并在实验室自行设计的热裂解实验装置上,对麦草EAL木素进行了热裂解实验,同时对收集的产物进行了分析。研究结果表明,EAL木素和MWL木素的静态热解特性基本相同,而TAL木素与两者相比有较大差异。木素的热裂解产物中主要含有有机酸、酚类、酮类及苯环结构的化合物。
此外,木素结构中5-5联苯型缩合结构在热解过程中较为稳定,且易进一步缩合,因此,论文以香兰素为单体,合成了醚化和非醚化的联苯型木素模型化合物。为进一步深入研究其在不同热化学条件下降解特性的研究,以解答其热解残留物中是否会形成某些持久性环境有机污染物等问题提供依据。