硝酸辅助碱木质素水热过程特性及机理
张永博
陈志强
朱丹晨
唐紫玥
陈应泉
杨海平
陈汉平
华中科技大学 能源与动力工程学院 煤燃烧与低碳利用全国重点实验室,湖北 武汉 430074
摘要：硝酸可使木质素快速解聚,具有使造纸黑液水热液化(Hydtrothermal Liquefaction,HTL)高值利用的潜力.以碱木质素(Alkaline Lignin,AL)为原料,分别研究了在硝酸作用下,不同反应时间、反应温度、反应初始压力下木质素水热过程特性,并探究了反应过程中碳元素的迁徙过程及水热反应过程机制.研究发现硝酸辅助AL水热反应过程由脱支链(10%～15%)、酸析聚集(65%～70%)和解聚(15%～20%)组成.水热产物主要受温度和初始压力的影响,对反应时间敏感程度较低.水热温度增加会促进水热炭的脱支链反应、抑制AL酸析聚集形成水热炭,使固体产物碳质量分数从 77.0%减少至 51.6%,气体产物碳质量分数从 0.6%提高到 14.2%;而增大初始反应压力会抑制AL解聚、促进AL酸析聚集形成水热炭,使液体产物碳质量分数从 17.6%下降至 4.1%,而固体产物质量分数则从50.8%增大至 64.9%.木质素水热分解气体产物主要为CO2 和少量的CO,主要来自水热过程羰基、羧基及醚键的断裂;液体产物主要为AL解聚后的单体、二聚体以及酚类低聚物,主要来自酸催化AL的部分解聚和解聚产物的再聚合;水热炭主要由AL在酸性环境下软化、粘连成的疏水无定型中间体,吸附部分解聚的木质素碎片通过交联碳化过程形成.结合三态产物碳分布,反应时间为 4 h、反应温度为180℃、初始反应压力为 0 MPa是最适宜的工况,此时固体碳质量分数为 50.8%,液体产物碳质量分数为 17.6%.
关键词：生物质碱木质素硝酸水热处理反应机理
分类号：TK6(生物能及其利用)TQ351(纤维素质的化学加工工业)
资助基金：国家自然科学基金(52125601)国家自然科学基金(52306244)
论文发表日期：2025-09-30
在线出版日期：2025-10-22（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：13( 149-161 )
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