碳酸钠催化氯化胆碱/乳酸低共熔溶剂改性碱木质素及其表征

以季铵盐氯化胆碱(ChCl)与乳酸(Lac)、尿素(U)、草酸(OA)、甲酸(FA)分别合成低共熔溶剂(DES)并对工业碱木质素(AL)进行改性,研究了由不同氢键供体与ChCl合成的DES体系、反应条件及催化剂对碱木质素改性的木质素提取率的影响。研究发现使用氯化胆碱/乳酸低共熔溶剂(ChCl/Lac)时,木质素的提取率最高。通过单因素试验得到ChCl/Lac改性的最优条件为：在120℃时,Lac与ChCl物质的量比值(n_Lac/n_ChCl)为12,DES添加量为碱木质素质量的20倍(m_DES/m_AL=20),反应时间12 h,木质素提取率达95.37%;当反应温度降低到100℃,无催化剂时,木质素提取率为40.39%,使用8%碳酸钠为催化剂时,木质素提取率提高至74.87%。采用FT-IR、¹³C NMR、TG和DTG对木质素样品进行表征,由FT-IR、¹³C NMR结果可得,改性中β-O-4键断裂并引入羟甲基和甲氧基,改性后木质素主要结构单元为紫丁香基结...     

木材热解及金属盐催化热解动力学特性研究

通过不同升温速率下杉木的热重实验,对比分析钾盐催化杉木热裂解动力学特性.借助于DTG重叠峰的分离以及分布活化能模型计算不同转化率条件下的反应活化能,得到钾盐对生物质中半纤维素的低温段分解、纤维素的整个热裂解过程存在催化效果,使失重曲线(200~270℃)肩状峰衰退乃至消失,并促进脱水和交联反应,导致焦炭产率的提高和残碳的有序化,体现为焦炭产量从16.3%提高到25.3%(质量分数),而且80%转化率后残碳分解活化能的急剧提高.基于三组分平行反应机理,采用非线性回归法拟合计算杉木热解动力学参数,得到纤维素的热裂解基本上属于一阶反应,而且钾盐对纤维素和半纤维素的热裂解具有较大程度促进,活化能分别从148.12和235.43kJ/mol下降到108.84和171.41kJ/mol,但对木质素的催化影响并不显著.     

生物质热解动力学的研究

对木屑在不同的升温速度下的热解反应动力学进行了研究。测试结果表明：不同的升温速度使生物质的热解反应机理和过程发生了变化。在4．2和40℃／min的升温速度下，两反应的TG-DSC-T曲线有相似之处，均出现明显的吸热峰，而在390℃以后，升温速度为4．2℃／min时，热解反应动力学模型已经不能用传统的数学模型表示，其反应速率与升温速度显示了一个线性关系。40℃／min升温速度时，在385—490℃拐点范围内，亦不能用通常使用的数学模型公式描述；在490—700℃的范围内，用数学模型可以表示，且线性回归的相关性很好。其反应活化能为29．53kJ／mol，大大低于人们通常试验的数据(一般为70—110kJ／mol)。10和20℃／min的升温速度时，其热解反应TG-DSC-T曲线相近，且它们的反应动力学数学模型基本符合传统的表示方法。研究表明，不同升温速度决定了反应的过程。研究结果可以推论，快速热解反应的机理将不同于人们通常描述的步骤进行，相应的反应活化能这一重要的物理参数会发生很大变化。     

大豆油催化热解动力学分析

为了优化油脂类热解工艺,测量了大豆油催化热解的热重及差示扫描量热曲线,催化剂为碳酸钠、α型氧化铝及γ型氧化铝,反应温度由室温升至600℃。曲线表明催化剂的加入改变了热解反应的历程。利用不同升温速率(5、10和20 K/min)的热重数据,采用Vyazovkin算法计算了反应的活化能。活化能计算结果与DSC、DTG曲线的变化趋势相一致;大豆油的热解起始活化能为204.33 kJ/mol,碳酸钠、α型氧化铝、γ型氧化铝可将起始活化能分别降至137.3、98.455和182.06 kJ/mol,但随反应的进行,催化热解的活化能会逐步升高。依据活化能计算结果预测了等温裂解反应时间,温度的升高能有效降低反应时间,接近转化终点所用反应时间由6 h以上缩短至40 min以内。反应时间的计算结果表明催化剂的加入可以使反应较为温和的进行。     

热重法研究木材热解反应动力学

本文应用热重分析法研究了木材热解过程，结果表明：１．失去水分后的试样木粉，α－纤维素热解反应分两阶段进行，克拉松木素热解反应只有一个阶段，２．热解反应的表观活化能α－纤维素〉试样木粉〉克拉松木素，在低温阶段热解时α－纤维素表以活化能远大于试样木粉，而在高温阶段热解时α－纤维素和试样木粉反应表观活化能基本相同，３．试样木粉和α－纤维素各阶段反应级数均为１，克拉松木素的热解反应级数因树各种的不同而有较     

核桃壳热解行为及动力学研究

利用热重分析在不同升温速率(5～50 K/min)和氮气气氛下对核桃壳的热解失重行为进行了研究。实验结果表明,核桃壳的热解过程可分为失水干燥、预热解、快速热解和残余物缓慢分解等4个阶段;快速热解阶段和残余物缓慢分解阶段的失重率分别为55%和32%左右,它们均可由一级反应过程描述,根据一级反应由Coats-Redfern方法计算核桃壳快速热解阶段和残余物缓慢分解阶段的平均活化能分别为50.7和17.3 kJ/mol。实验结果还表明加热速率越大,热解速率越快。     

软木的热解特性和热动力学研究

软木是一种天然多孔性绿色材料,具有吸音减震、隔热保温、滞火阻燃、耐酸碱、不易老化、富有弹性、无毒无味等一系列优良特性。由于它所独具的各种特性,特别是软木的热学性能,使其在工业生产与人民日常生活中都有广泛的应用。本文通过热重分析仪来研究软木的热学性能,在实验温度从303~873K的范围内,对产自湖北和云南的2种软木的热解过程进行了分析。结果表明:软木热解过程分为4个阶段,热解过程与化学成分的热解过程相一致,513~693 K是试样热解的主要阶段。根据热分解速率方程,获得了软木的动力学参数——频率因子A和活化能E,最后得到软木的热解动力学方程。     

新鲜生物质催化热解特性的研究

采用TG/DTG/DTA技术考察了新鲜小麦秸秆(WS)和玉米秸秆(CS)以K2CO3、Na2CO3、ZnCl2和CaO为催化剂时的热解特性,分析了新鲜生物质的热解特性,催化剂种类及用量对新鲜生物质热解特性的影响。结果表明,新鲜生物质的热解特性优于存放一定时间的生物质;加入催化剂后新鲜生物质的热解挥发分在不同温度区间重新分配,主要热解区间向低温推移,生物质的热解挥发分产率增加;其中CaO对于提高热解挥发分产率最有利;K2CO3和Na2CO3对生物质热解特性的影响规律一致;随着K2CO3用量增加,热解挥发分产率增加,起始热解温度向高温推移,主要热解区间温度降低,K2CO3用量为10%～15%时对生物质的热解最为有利。     

杨木刨花板的热解动力学分析

采用热重分析仪对杨木刨花板进行热解,结合Coats- Redfern法分析热重曲线,探讨了反应机理.结果表明:杨木刨花板的热解过程分为失水干燥、快速热解和慢速热解3个阶段;升温速率的提高使热解最大失重速率增大,热解的各个阶段向高温方向横向偏移.快速热解阶段的反应机理满足D3模型,热解的活化能(E) 107.24 kJ/mol;5、10和20℃/min 3种速率下的指前因子(A)值分别为2.09×105、6.57×105和3.22×105 s-1.     

中低温环境下竹材的热解动力学研究

竹材的热解过程主要分为3个阶段,每个阶段对应了不同的化学物理变化和不同的热效应,210～250℃是竹材热解的主要阶段,物质挥发分大量析出也集中在这个阶段。整个热解过程是由竹材中半纤维素及纤维素等成分的热解过程叠加组成。竹材活化能很大,表明竹材的热解很难进行,需要在较高的温度下,提供足够的能量时,热解才能发生。根据竹材热解速率方程导出线性热解动力学方程,并通过计算求出了竹材各个阶段的频率因子和活化能,竹材的热解反应可以用一个一级反应过程来描述。     

低共熔离子液体改性木质素-酚醛树脂的热解和热解动力学研究

采用氯化锌/乙酰胺低共熔离子液(DES)处理2种木质素,加水作为反相溶剂得到再生木质素。研究用其替代部分苯酚制备木质素改性酚醛树脂(LPF)的基本性能变化,结合热重分析法(TGA)分析树脂的热解特性,引入Flynn-WallOzawa模型量化了树脂的表观活化能。结果表明,经该DES处理前后的磨木木质素和酶解木质素均可在保持树脂基本性能稳定的前提下替代20%苯酚制备LPF。升温速率β影响树脂的热分解过程,4种LPF的初始分解温度、热解过程所需的活化能均高于未改性酚醛树脂(PF),特别是经氯化锌/L酰胺DES处理后的再生磨木木质素改性酚醛树脂(RMLPF),其热降解温度更高,残炭率更多,热解过程所需的活化能比PF高出2~4倍,热稳定性明显提高。     

SO2-4/ZrO2固体超强酸催化碱木质素氢还原反应

采用浸渍-焙烧法制备SO2-4/ZrO2固体酸催化剂,通过XRD、FT-IR、SEM和Hammett指示剂法对固体酸的结构和酸强度进行表征。考察不同条件制备的SO2-4/ZrO2固体酸催化剂,在不同反应条件下对碱木质素氢还原反应的催化作用,并用化学法对反应前后碱木质素官能团进行定量测定。结果表明,硫酸浸渍浓度为1 mol/L,550℃焙烧3.5 h制备的SO2-4/ZrO2固体超强酸对碱木质素氢还原反应具有较高的催化活性,在催化剂添加量5%,反应温度100℃,时间4 h,氢气压力3 MPa时,反应后碱木质素总羟基、酚羟基和醇羟基分别为9.34%、3.28%和6.06%,较反应前分别增加55.15%、13.89%和93．00%;木质素的苯环结构稳定,活性官能团含量增加,反应活性提高。     

碱木质素三步法制备微米尺寸球形活性炭研究

以碱木质素为原料采用球形木质素前驱体,炭化,活化三步法制备微米尺寸的球形活性炭。研究了球形木质素前驱体的制备条件及活化条件对球形活性炭的粒径大小、结构形貌、孔结构的影响;采用扫描电子显微镜(SEM)、低温N2吸附-脱附以及傅里叶红外光谱(FT-IR)对产物的形貌结构、吸附性能和表面官能团进行了表征。结果表明,当反应温度为90℃,反应时间10 h,搅拌速度200 r/min,p H值为3.0的条件下,制备出粒径为5μm左右、球形形貌完整的球形木质素前躯体。通过对球形木质素前躯体在300℃炭化以及850℃下CO2活化,制备出比表面积为776.96 m2/g,总孔容为0.487 1 cm3/g,平均孔径为2.51 nm的球形活性炭。     

木质素对碳酸钙结晶行为的影响

依据生物矿化基本原理,以木质素作为有机基质,探讨了木质素浓度和生长体系的温度对CaCO3晶体生长情况的影响,通过FT-IR、扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和热重分析(TG)对其形貌、结构、热分解等进行表征。结果表明:木质素溶液中形成的CaCO3晶体形貌不同于纯水中形成的晶体,为方解石型,具有哑铃形、球形、椭圆形和橄榄球形等形态,且木质素浓度和生长体系的温度对CaCO3晶体形貌影响显著。在CaCO3结晶过程中,CaCO3与木质素之间存在相互作用,并讨论了这种作用的可能机理。     

亚临界水中杉木碱木质素的解聚特性分析

利用间歇式高压反应釜在250~350℃的亚临界水中进行杉木碱木质素的水热解聚反应。通过GC/MS的定性、定量分析以及元素分析和FT-IR,分析反应液相和固相产物的组成与结构变化,探究了不同温度下碱木质素水热解聚的反应特性。结果表明,碱木质素水热解聚反应残渣率在325℃时最低,为18.66%。碱木质素在亚临界水中解聚所得的液相产物中酚类化合物GC含量均在80%以上,且随反应温度的升高,酚类化合物种类增加,总酚含量提高。酚类产物中愈创木酚的含量最高,其质量分数在325℃时达最高17.71 mg/g。随着反应温度升高,在一定程度上木质素脱氢脱氧,含碳量增加。在325℃时碳基转化率和能量转化率均最高,分别为79.18%和79.95%。在温度低于325℃时,水热焦的化学结构与木质素相似,达到350℃时,木质素严重缩合炭化。     

电化学催化木质素解聚的研究进展

综述了近年来木质素解聚的电化学技术的研究进展,包括木质素解聚的微观电化学表达、催化剂类型以及电化学反应器的电极材料、电极作用原理等;分析了电化学技术协同离子液体催化体系、生物酶催化体系以及与光催化技术耦合后对木质素解聚的前沿研究;总结了电极材料、电流密度等条件对电化学催化效率的影响,并展望了电化学技术实现应用所面临的挑...