木质素模化物键离解能的理论研究

采用密度泛函理论B3P86方法,在6-31G(d,p)基组水平上,对木质素结构中的6种连接方式(β-O-4、α-O-4、4-O-5、β-1、α-1、5-5)的63个木质素模化物的醚键(C-O)和C-C键的键离解能E_B进行了理论计算研究。分析了不同取代基对键离解能的影响以及键长与键离解能的相关性。计算结果表明,C-O键的键离解能通常比C-C键的小,在各种醚键中C_α-O键的平均键离解能最小,为182.7 kJ/mol;其次是β-O-4连接中的C_β-O键,苯环和烷烃基上的取代基对醚键的键离解能有较强的弱化作用,C-O键的键长和键离解能的相关性较差。与C-O键相比,C-C键的键离解能受苯环上取代基的影响很小,而烷烃基上的取代基对C-C键的键离解能有较大的影响,C-C键的键离解能和键长之间存在较强的线性关系,C-C键的键长越长,其键离解能越小。     

预处理对造纸污泥和餐厨垃圾混合发酵的影响

为揭示联产氢气和甲烷复合工艺中预处理对物料液化水解率及系统产气性能的影响,利用不同浓度的酸(H2SO4)、碱(NaOH)预处理造纸污泥和餐厨垃圾混合物,在中温-高温条件下将预处理后的物料进行混合发酵联产氢气和甲烷,研究了不同浓度的酸/碱预处理后,造纸污泥和餐厨垃圾混合发酵联产氢气和甲烷性能.结果表明:酸/碱预处理对物料产生了明显的水解作用,物料中的大分子物质被降解为小分子颗粒;预处理对混合发酵产氢阶段具有明显的促进作用,其中以添加10%NaOH(以物料总固体计)的碱预处理效果最佳,其氢气产率较未经预处理的对照(CK)提高了50.20%,挥发性固体(VS)去除率达到了16.06%;预处理在产氢后的产甲烷阶段对甲烷产率没有明显的促进作用,各反应器的甲烷产率与CK相近或低于CK,VS总去除率也以CK为最高.     

蔗渣乙醇预处理及其对酶解的影响

采用自催化乙醇法对蔗渣原料进行预处理,并通过傅里叶变换红外光谱、扫描电镜、X射线衍射仪对预处理样品进行分析,然后进行酶解.结果表明:蔗渣原料经乙醇预处理后,有大量木质素溶出和半纤维素水解;预处理样品的相对结晶度提高了32.97%;蔗渣纤维表面碎化,细小纤维暴露出来,极大地提高了酶解效率;当温度为195℃、乙醇体积分数为40%、保温时间为30min时,蔗渣原料木素去除率为57.97%,此时100g蔗渣原料经此预处理所得预处理液中的木糖量为8.59g,占原料中总木糖的35.16%,预处理样经酶解,所得酶解液中葡萄糖含量为40.29g,占原料中总葡萄糖的92.15%;初步实现了蔗渣原料中半纤维素和纤维素的逐步分离,同时得到大量乙醇木素;最优酶用量为10FPU/g(以每克固体浆料计),固液比为1∶40(g/mL).     

草本类木素的化学结构与热化学性质

以草本类植物中的稻草和毛竹为原料,采用酶解/温和酸解法来分离草本类木素,制得酶解/温和酸解木素(EMAL).运用元素分析、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)和核磁共振定量磷谱(31P-NMR)等手段对两种EMAL的化学结构和性能进行表征,同时利用热重-傅里叶红外光谱联用(TG-FTIR)和热解-气相色谱/质谱联用(Py-GC/MS)技术研究EMAL的热裂解特性.发现:稻草的聚戊糖和抽出物含量较高,而毛竹的纤维素和木素含量较高;稻草EMAL含有丰富的愈创木基(G型)结构单元,毛竹EMAL主要以紫丁香基(S型)结构单元为主;毛竹EMAL在384℃出现一个明显的失重峰,而稻草EMAL热解时分别在270和384℃出现明显失重峰;两种木素化学结构的差异会影响EMAL的热解性质和热解产物.     

碱木质素在溶剂/水混合体系中的解聚特性

为了研究杉木碱木质素在溶剂/水混合体系中的解聚特性,选取乙醇/水、乙酸乙酯/水、乙二醇/水以及纯水4种体系进行实验.从液相产物得率和总酚得率来看,以乙醇/水混合体系作为介质时杉木碱木质素的解聚效果最好,最优工艺条件为:温度300℃、反应时间30 min、转速500 r/min,甲酸镍用量10%,乙醇/水体积比40∶60,在该条件下,液相产物得率达73.88%,总酚得率达14.45%.液相产物经200℃一级闪蒸后,在500℃下热裂解,形成的源于木质素基本结构单元的单酚等化合物的种类最多,这样可以大大提高混合单酚的产量,尤其是富含寡聚物的蒸馏残余物经二次热解可部分断开甲基芳基醚键,形成一定量的邻苯二酚,这为液相产物的提质和利用指出了新的方向.     

木质素单体模化物热解过程的理论分析

为了深入研究木质素的热解机理,选用香草醛、香草醇和香草酸作为木质素单体模化物模拟热解过程.运用密度泛函理论探讨不同化学连接键的解离顺序,并设计了4条反应路径(Path 1—Path 4):Path 1和Path 2都生成愈创木酚,但中间过程不同,Path 3和Path 4则分别以优先过程生成邻苯二酚和苯酚.结果表明:模化物的侧链甲基会优先解离生成CH_4,C_1取代基的解离顺序取决于其吸电子能力;在热解过程中,C_1取代基不易直接解离,而是会优先发生外界参与下的解离;3种目标产物(愈创木酚、邻苯二酚和苯酚)都是可能的,且会优先生成邻苯二酚,其次是苯酚,较难生成愈创木酚;从动力学角度分析,Path 2和Path 4要优于Path 1和Path 3进行;生成同种目标产物时总是香草醇最易进行,香草醛次之,最难进行的是香草酸.     

赤桉木材微／纳米粒子的溶出规律

采用单因素试验法,分析赤桉木材微/纳米粒子在索氏抽提、超声抽提、冷冻抽提、激光等离子抽提中的溶出规律.结果表明:在索氏抽提过程中,溶出量随赤桉木片抽提时间的延长而增大;在抽提1.5,3.5和4.0 h时溶出粒子中有数量极少的粒径分别为4 150～5 560 nm、4 150～5 560 nm、1 110～6 440 nm的粒子,其体积分数分别为0.3%,0.3%和2.6%,但足以对木材渗透产生屏障、对制浆产生树脂障碍;超声、冷冻预处理、激光等离子在抽提中均能降低赤桉木材微/纳米粒子的集聚程度,而且还能提高微/纳米粒子的溶出量,其中激光等离子抽提效果最好.     

麦草碱法黑液热解的产物特性及释放规律

对麦草碱法制浆黑液固形物(BLS) 400 ～ 800℃热解产物组成特性进行了研究.采用气相色谱(GC)和气相色谱-质谱(GC-MS)对热解气相产物和液相产物组成进行了全面分析;利用扫描电镜能谱仪(SEM-EDS)对固相产物的表面形貌及元素分布进行了表征.借助热重红外联用技术(TG-FTIR)探讨了热解过程中主要产物的释放规律.结果表明,BLS热解产物中,气相产物主要成分为H2、CO、CO2以及CxHy(CH4、C2H2、C2H4、C2H6)等,液相产物中主要是酚类、酮类、醇类、醚类、酸类、呋喃以及芳香化合物.TG-FTIR结果显示,BLS热解产物释放时间主要集中在l 000 ～2 000 s(300 ～600℃),此时BLS释放的产物主要为H2O、CO2、CH4、CO,以及烷烃类、芳烃类、酚醇类和酮类化合物.     

两种β-O-4型木素高聚模型物的合成

本文从4-羟基苯乙酮和4-羟基-3-甲氧基苯乙酮出发,经由CuBr2溴化、碱催化氧负离子亲核加成形成聚合物,再由NaBH4还原,合成了愈创木基型(G)和对羟苯基型(H)的木质素高聚模型物。高聚模型物经核磁共振氢谱和碳谱(1H-NMR、13C-NMR)、红外光谱(IR)、基质辅助激光解析串联飞行时间质谱(MALDI-TOF/TOF MS)和凝胶渗透色谱(GPC)表征,结果表明高聚物是含有β-O-4连接、无γ-C及γ羟基的直链聚合物,重复单元式量为136.16n+2。这类木质素模型物具有与分离木素类似的结构与性质,可溶于木质素常用溶剂,两种聚合物的重均分子量均在5000以上,与工业木质素分子量相近,其多分散度分别为1.26-1.76。该木质素高聚模型物的合成为进一步考察木素大分子在不同热化学环境下的热解特性提供了又一新的研究方法。     

蔗渣碱木素液化制备酚类化合物

为了提高蔗渣碱木素的利用价值,以硅酸铝为催化剂催化碱木素的液化过程来制备酚类化合物.对硅酸铝用量、加热时间、加热温度、溶剂体积与溶质质量比等工艺条件进行了优化,确定了最优条件为:硅酸铝用量为绝干碱木素质量的4%,加热时间1h,加热温度270℃,溶剂(丙三醇)体积与溶质(蔗渣碱木素)质量比为6mL/g,此条件下酚类化合物...