同步輻射光電離質(zhì)譜研究木材類生物質(zhì)熱解.pdf

1、生物質(zhì)是唯一的含碳可再生資源，隨著化石燃料的消耗和環(huán)境問題的日益嚴(yán)峻，生物質(zhì)的有效利用已經(jīng)引起廣泛的關(guān)注。我國是一個(gè)林業(yè)大國，擁有豐富的林業(yè)資源，國內(nèi)目前對(duì)林業(yè)廢棄物生物質(zhì)還是以直接燃燒為主，不僅效率低下而且污染環(huán)境。熱解是一種將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為生物油的熱化學(xué)轉(zhuǎn)化方法，會(huì)是未來生物質(zhì)利用的主要發(fā)展方向。以往對(duì)木材類林業(yè)生物質(zhì)熱解產(chǎn)物的研究主要是利用熱重、紅外光譜及色譜等技術(shù)，無法對(duì)熱解產(chǎn)物進(jìn)行實(shí)時(shí)在線的檢測。同步輻射光電離質(zhì)譜技術(shù)是一種快速

2、的檢測手段，本文創(chuàng)新性地利用同步輻射光電離技術(shù)結(jié)合高性能的商用質(zhì)譜儀，對(duì)白楊和松木及木材類生物質(zhì)三種主要組分，纖維素、半纖維素和木質(zhì)素的熱解過程進(jìn)行了系統(tǒng)地研究。
　　論文第一章以能源和環(huán)境的問題為背景，闡述了生物質(zhì)的重要性以及研究生物質(zhì)熱解的重要意義，并介紹了本論文的主要研究方法和思路等。
　　論文第二章對(duì)白楊和松木進(jìn)行了元素分析，并分別利用紅外光譜、交叉極化魔角旋轉(zhuǎn)固體核磁共振碳譜（CP/MAS13C NMR）;紅外光譜

3、、核磁共振氫譜(1H-NMR)及核磁共振碳譜(13C-NMR);紅外光譜、1H-NMR、13C-NMR及無畸變極化轉(zhuǎn)移增強(qiáng)(DEPT)技術(shù)對(duì)纖維素、半纖維素和木質(zhì)素的化學(xué)結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行了表征。研究結(jié)果表明:纖維素樣品主要是由β纖維素和無定形纖維素構(gòu)成;半纖維素樣品是由β-D-1，4-木糖苷鍵連接起來的，該木聚糖的主鏈碳上連接有4-O-甲基-D-葡萄糖醛酸和阿拉伯呋喃糖，并且仍然有木質(zhì)素殘余物的存在;木質(zhì)素樣品具有對(duì)羥苯基、愈瘡木基和紫丁香

4、基結(jié)構(gòu)，木質(zhì)素結(jié)構(gòu)單元之間的鍵型主要為β-O-4'，同時(shí)還包括β-5'、β-β'、5-5'和β-1'結(jié)構(gòu)單元，該木質(zhì)素中含有半纖維素的殘余物，主要為木聚糖。
　　論文第三章利用熱重研究了纖維素、半纖維素（木聚糖）和木質(zhì)素在不同升溫速率下的熱重過程，研究表明:半纖維素比纖維素的熱解起始溫度更低，二者熱解溫度范圍不同，而木質(zhì)素?zé)峤鉁貐^(qū)更寬，并且半纖維素和木質(zhì)素的熱解過程是分為兩步進(jìn)行的。通過三種組分的低壓熱解同步輻射光電離質(zhì)譜及氣相色

5、譜質(zhì)譜聯(lián)用儀分析，可以發(fā)現(xiàn)在纖維素?zé)峤獾脑缙冢w維素的熱解分別是按照轉(zhuǎn)糖基作用和糖苷鍵斷裂兩條路徑同時(shí)進(jìn)行的，在纖維素?zé)峤獾暮笃冢w維素的轉(zhuǎn)糖基作用占主導(dǎo)地位;在半纖維素?zé)峤獾脑缙?，半纖維素的熱解主要是以通過涉及脫水而生成4-羥基-5，6-二氫-(2H)-吡喃-2-酮的反應(yīng)路徑為主。在半纖維素?zé)峤庵饾u進(jìn)行的過程中，半纖維素?zé)峤庑纬煽啡┑穆窂街饾u開始顯現(xiàn);在木質(zhì)素?zé)峤獾脑缙?，具有芳香環(huán)共軛雙鍵結(jié)構(gòu)的物種最早出現(xiàn)，這可能與缺少足夠的氫供體有

6、關(guān)。接著分別對(duì)三組分的主要熱解路徑進(jìn)行了分析。通過紅外光譜對(duì)三組分在500℃熱解產(chǎn)生的固體焦炭進(jìn)行了分析，結(jié)果表明三組分均含有未完全熱解的殘余部分。
　　論文第四章利用熱重研究了白楊和松木在不同升溫速率下的熱失重過程，研究表明:二者的熱分解區(qū)間大致相同，最大熱失重速率和熱失重率隨升溫速率增加而呈現(xiàn)的變化趨勢一致。通過白楊和松木在不同壓力下熱解的同步輻射光電離質(zhì)譜及氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀分析，可以發(fā)現(xiàn)二者的熱解產(chǎn)物大致相同，主要區(qū)別在于

7、木質(zhì)素?zé)峤猱a(chǎn)物，白楊含有較多的愈創(chuàng)木基和紫丁香基基團(tuán)木質(zhì)素，而松木含有較多的愈創(chuàng)木基基團(tuán)木質(zhì)素，白楊和松木分別歸屬于硬木和軟木;二者所含的纖維素和半纖維素部分與纖維素和半纖維素純組分的熱解機(jī)理都有所區(qū)別，可能是由于受到自身所包含的其他組分的影響;熱解壓力對(duì)二者的熱解產(chǎn)物分布均有明顯影響，高壓熱解時(shí)更容易產(chǎn)生高分子量產(chǎn)物;熱解壓力對(duì)二者自身各組分的熱解快慢也有明顯影響，尤其是對(duì)是否具有共軛雙鍵結(jié)構(gòu)的木質(zhì)素產(chǎn)物的出現(xiàn)順序影響更為顯著。通過紅