木质素热重红外动力学分析与乙酰化改性研究

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1、分类号TK6学位代码308密级学校代码10298学号3120361南京林业大学硕士研究生学位论文论文题目：木质素热重红外动力学分析与乙酰化改性研究作者：刘成专业：生物质能源科学与技术研究方向：木质素热化学转化指导教师：顾晓利二○一五年六月学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行的研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经特别注明引用的内容和致谢的地方外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明并表示

2、感谢。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者（本人签名）：)〇丨i年&月ir曰学位论文出版授权书本人及导师完全同意《中国博士学位论文全文数据库出版章程》、《中国优秀硕士学位论文全文数据库出版章程》（以下简称“章程”，见WWW.cnki.net),愿意将本人的学位论文提交“中国学术期刊（光盘版）电子杂志社”在《中国博士学位论文全文数据库》、《中国优秀硕士学位论文全文数据库》中全文发表和以电子、网络形式公开出版，并同意编入CNKI《中国知识资源总库》，在《中国博硕士学位论文评价数据库》中使用和在互联

3、网上传播，同意按“章程”规定享受相关权益。F密后右遂守此你试)年f)月p曰>>片年6月七曰致谢首先感谢我的导师顾晓利副教授，本论文是在导师顾晓利副教授的悉心指导下完成的。在我完成读研的三年的时间内，顾老师对本次论文的选题、研究思路和试验方案提出了许多有益的建议和帮助，其渊博的专业知识和严谨的治学态度给我留下了深刻的印象，使我终身受益。由衷地感谢顾老师一直以来给予我学习上的指导和生活上的关怀，值此论文即将付梓之际，向导师致以真诚的谢意。本论文能够顺利完成，离不开各位老师和同学的帮助。在论文开展期间，得到了程康华老

4、师、姚春才老师、江华老师、李小保老师、汪洋老师、陈慕华老师、龙冬松老师、李力成老师、王洁老师、姚建峰老师的热情关怀和无私帮助，在此表示深深的谢意。同时，感谢东南大学热能工程研究所肖睿教授课题组在热重-红外分析表征方面给予的指导与帮助。在三年的时光里，各位师兄师姐师弟师妹与我共同生活共同学习，大家成为了科研路上必不可少的伙伴。最后，我要感谢我的亲人们的关系和理解，是我在求学道路上不断努力和成长。祝愿老师们工作顺利，身体健康；愿同学们前程似锦，幸福美满！作者：刘成二○一五年六月十五日摘要为拓宽木质素综合利用领域，本

5、课题开展了不同来源木质素热重红外和乙酰化改性两方面的工作。以磺化木质素、酸析木质素、碱木质素为原料，利用热重与傅里叶变换红外光谱仪联用技术（TG-FTIR），研究了木质素在不同升温速率条件下热解途径与作用机制，应用微分法和积分法推导出热解动力学参数，并通过流化床放大热解实验进行验证。结果表明：磺化木质素与碱木质素类似，失重峰分散，而酸析木质素失重集中在两个温度段。木质素的热解主要分为三个阶段，第一阶段重量损失为干燥样品，主要是水分释放阶段；第二阶段为快速热分解阶段，主要失重达到了60-70%左右，第三阶段残余的

6、木质素高温炭化重量损失趋于平缓，在950℃仍有小残基约20％原始重量，各阶段对应不同物质的释放。结合三维红外光谱图得到了关于CO、CO2、CH4、H2O的吸光度随时间变化的规律。选取磺化木质素进行流化床热解实验，得到的液体生物油采用Py-GC/MS分析，液体产物中含有酮、酚、糖等主要成分，其中酚含量较大。对木质素热重曲线采用Kissinger法、Ozawa法、KAS法和FWO法作出热解动力学模型求解，结果表明，四种方法计算所得的热解动力学参数基本吻合，方法可行。确定了不同来源木质素的动力学参数，即：-1磺化木质

7、素E=123.74kJ/mol，lnA=18.75min；酸析木质素E=178.94kJ/mol，lnA=23.91-1-1min；碱木质素E=169.27kJ/mol，lnA=25.65min。活化能从小到大，热解反应从易到难依次为磺化木质素、碱木质素、酸析木质素。以磺化木质素和碱木质素为底物，乙酸酐为乙酰化试剂，采用液相法进行木质素乙酰化的改性实验。针对木质素易受潮的缺陷，本文优化了反应时间短、乙酰化得率高、制备成本低的最佳木质素乙酰化工艺条件，并对乙酰化木质素的各项综合性能作出评价。结果表明：实际用量：理

8、论用量=3:1，乙酰化温度90℃，反应时间3h下乙酰化效果最好，磺化木质素乙酰化率达到47.71%，碱木质素乙酰化率达到53.56%。乙酰化率都随反应温度的升高和反应时间的增加而逐步提高，到达最高稳定值后略有下降。此外，红外谱图显示木质素经过乙酰化改性后的羟基含量大大减少，酰基特征吸收峰强度有较大程度的增强，显示出较好的乙酰化反应效果；电镜测试表明木质素结构从原来的球型变为方型且聚集成