纸浆电化学介体脱木素体系中催化介体紫脲酸丢失机理研究

紫脲酸为介体的电化学催化脱木素体系具有优越的脱木素效率、脱木素选择性和环保性，对于实现纸浆的清洁漂白生产具有重要意义，但部分紫脲酸介体在电催化脱木素过程中的不明丢失，严重影响了该体系的催化效率和该方法的工业化进程。明确和清晰催化介体紫脲酸的丢失去向及相关机理，意义重大。本项目利用纤维素模型物、半纤维素模型物以及木素单体和二聚体模型物对紫脲酸在电化学催化脱木素过程中的不可逆转变丢失进行探讨。采用电子自旋共振、旋转圆盘电极、HPLC、LC-MS、MS/MS及APCI-MS等方法对电催化紫脲酸自由基与模型物的反应性能、反应速率，介体的循环回用催化效率以及反应后产物的结构进行分析测试，明确电化学介体脱木素过程中紫脲酸的反应行为，清晰电催化脱木素过程中紫脲酸的反应历程和途径，弄清丢失的紫脲酸介体的去向，阐明介体紫脲酸丢失的机理和机制。研究结果将为提高电化学介体脱木素效率和实现工业化生产提供理论基础。

本项目主要针对紫尿酸为介体的电化学催化脱除纸浆纤维中的木质素过程中介体紫尿酸发生丢失的现象而进行相关机理方面的研究。前期研究结果已表明，紫脲酸为介体的电化学催化脱木素体系具有优越的脱木素效率、脱木素选择性和环保性，对于实现纸浆的清洁漂白生产具有重要意义，但部分紫脲酸介体在电催化脱木素过程中的不明丢失，严重影响了该体系的催化效率和该方法的工业化进程。明确和清晰催化介体紫脲酸的丢失去向及相关机理，意义重大。项目分别采用纤维素模型物、半纤维素模型物以及木素单体和二聚体模型物对紫脲酸在电化学催化脱木素过程中的不可逆转变丢失进行了研究和探讨。通过使用电子自旋共振、HPLC、LC-MS、MS/MS等分析测试方法对电催化紫脲酸自由基与模型物的反应性能、反应速率、介体的循环回用催化效率以及反应后产物的结构进行了分析测试，明确了电化学介体脱木素过程中紫脲酸的反应行为，清晰了电催化脱木素过程中紫脲酸和纤维主要组分的反应情况，弄清了丢失的紫脲酸介体的去向，阐明了介体紫脲酸丢失的机理和机制。研究结果表明，紫尿酸的丢失与纸浆纤维中的纤维素和半纤维素没有关系，况且纸浆纤维对紫尿酸的吸附作用对于紫尿酸的丢失贡献较小，其丢失原因主要是紫尿酸、紫尿酸自由基与浆料纤维中的木质素发生反应的结果。研究结果也清晰的表明，电化学催化过程中紫尿酸自由基与木素单体模型物（包括酚型结构单元和非酚型结构单元）、二聚体模型物的反应产物和反应规律，以及反应途径，发现了紫尿酸自由基与木素模型物的键合结构以及紫尿酸的去向，探讨了紫尿酸自由基催化脱除木素的反应历程和途径。