β-5型木质素模型化合物热解机理研究

China Forest Products Industry

《全民健身条例》

林产工业，2020，57（09）：27-31β-5型木质素模型化合物热解机理研究∗

黄勇刘沙沙顾燕倩张书

（南京林业大学材料科学与工程学院，南京 210037）

摘要：木质素作为三维网状无定形高聚物，其化学结构非常复杂。为探究热解过程中产物的分布及形成路径，利用Py-GC/MS联用仪在不同的热解温度下对软木木质素中最典型的C—C键（β-5型）模型化合物的热解产物进行详细研究。结

果表明：β-5型化合物在低温下主要发生C—O键的开环断裂，热解产物仍以二聚体的酚类和酮类化合物为主。随着热解温度的升高，二聚体继续发生二次裂解反应，形成大量的小分子芳香族化合物，相对含量约占15%~30%；当热解温度为900 ℃时，热裂解生成的化合物之间能够通过缩聚反应形成萘和茚，其相对含量约占产物含量的9%。同时，反应路径也进一步揭示了热解过程中的转化机理。

关键词：木质素； β-5型；模型化合物；热解机理；热解产物

中图分类号：TS6; TK62 文献标识码：A 文章编号：1001-5299 （2020） 09-0027-05

DOI:10.19531/j.issn1001-5299.202009007

Study on the Pyrolysis Mechanism of a β-5 Lignin Model Compound

HUANG Yong LIU Sha-sha GU Yan-qian ZHANG Shu

( College of Material Science and Engineering, Nanjing Forestry University, Nanjing 210037,P.R. China)

Abstract: Lignin, as a three-dimensional amorphous polymer, has a complex chemical structure. In order to investigate the distribution and formation path of products in the pyrolysis process, the most typical C—C bond (β-5 linkage) model compound in softwood lignin was studied in detail by using Py-GC/MS at different pyrolysis temperatures. The results showed that C—O bond of β-5 linkage model compound was easily broken and the resulting products were still mainly dimers of phenols and ketones at low temperature. With increasing of pyrolysis temperature, the dimers underwent secondary cracking to form a large number of small molecular aromatic compounds, the relative content of which was about 15% to 30%. When the pyrolysis temperature was arrived at 900 °C , some aromatic hydrocarbons (e.g., naphthalene and indene) were also formed by polymerization, and for about 9% of the product content. Simultaneously, the transformation mechanism was also re净空

vealed via the reaction path during pyrolysis.

Key words: Lignin; β-5 linkage; Model compounds; Pyrolysis mechanism; Pyrolysis products

木质素作为仅次于纤维素的天然高分子化合物，

在自然界中含量非常丰富，是唯一可提供大量芳香基

克伦威尔

化合物的可再生能源，再生速度为600亿 t/a，拥有广阔

的开发和应用前景，是一种不可忽视的天然有机物资

源[1-4]。木质素由松柏醇、芥子醇和香豆醇三种基本结

构单元构成（图1），通过C—C键和C—O醚键连接成三

tpy

维网状结构的无定形高聚物。相关研究发现，木质素

内部连接方式众多，包括β-O-4型、β-5型、α-O-4型等，其中β-O-4型连接是木质素中最主要的连接形式，占其内部结构单元的50%以上，其次是C—C键（β-β'、β-5'、5-5'等），占其内部连接的20%~35%[5-7]。由于木质素结构极其复杂，通常采用木质素模型化合物进*基金项目：国家自然科学基金（51876093）；南京林业大学科研启动基

中国留守儿童日记

金（GXL2018033）

黄勇，男，副教授，博士，讲师，研究方向为煤和生物质等低阶碳资源

的高效利用研究工作，E-mail:*******************

张书，男，教授，博士，E-mail:****************

修回日期：2020-08-19图1 木质素的基本结构单元Fig.1

电工技术论坛Blocks of lignin structure

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