糠醛渣木质素分离及热解特性研究

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糠醛渣是生物质废弃物中的一种,含有大量纤维素和木质素,若是能够合理的开发和利用糠醛渣,不但能带动该行业的发展,产生相应的经济效益,还可减少环境污染,缓解环境压力。将糠醛渣中主要组分的进行分离,通过热裂解等热化学转化技术制备高附加值化学品和燃料,变废为宝,实现糠醛渣的高值化利用。本论文采用酶解/弱酸、离子液体预处理、低共熔溶剂预处理三种方法分离出糠醛渣中的木质素,并利用元素分析、凝胶色谱(GPC)、傅里叶红外光谱(FT-IR)和核磁磷谱分析(31P-NMR)对三种不同来源的木质素进行结构表征,探究不同来源木质素的结构差异,筛选出一种高效的、低成本的分离提取方法;利用热裂解-气相色谱/质谱联用(Py-GC/MS)对不同来源的木质素进行热裂解,探究其在不同热裂解温度下产品的得率及产物分布规律;引入催化剂HZSM-5对糠醛渣木质素催化快速热裂解,并对热解产物分布和产品得率进行评价,探究HZSM-5对木质素热裂解产品的影响。酶解/弱酸方法提取木质素得率为22.3%,离子液体预处理提取木质素得率为50.9%,低共熔溶剂预处理分离木质素得率为58.8%。GPC分析表明,酶解/温和酸解木素的分子量最大,离子液体木质素的分子量最小,低共熔溶剂预处理分离得到的木质素的分子量处于两者之间。元素分析表明,木质素主要由C、H、O等元素组成,且不同来源木质素中的各元素含量相差不大。31P-NMR分析显示,糠醛渣木质素是由相对含量接近的G型和H型以及相对含量较少的S型结构单元组成。结构表征结果表明,采用酶解/弱酸法分离出的木质素(EMAL)结构破坏程度较小,保留了原本木质素的大分子结构,采用低共熔溶剂预处理法分离木质素得率高,且价格低廉环境友好易于降解。在此基础上,对低共熔溶剂预处理方法的反应条件进行优化,当氯化胆碱与乳酸的摩尔比为1:10,处理温度为120℃,处理时间为12 h时,木质素提取效果相对较佳,得率为58.82 wt%。糠醛渣木质素热解产物主要是H型酚类化合物、G型酚类化合物和芳烃。不同来源的木质素热裂解产物的种类基本相同,但相对含量不同。DES木质素在不同温度下,产物的种类和相对含量也不同。DES木质素在相对较低的温度下就可以通过热解获得更多的酚类化合物,尤其是得到的苯酚的含量较多。热裂解温度为500℃时,热解产物中G型酚类化合物含量较高。温度升高后,H型酚类化物含量增加,当热裂解温度为800℃时,热解产物中H型酚类化合物和烃类的含量明显增加。当引入催化剂HZSM-5后,热解产物中芳烃的种类和含量显著增加,同时酚类化合物的含量大幅降低,碳氢化合物在生物油中的占比增大,提高了生物油的热值。
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