碱木质素与无机质在造纸黑液气化过程中的转化机制及自催化机理研究

黑液气化技术是通过热化学方法将黑液中碱木质素等有机质高效转化为富H2和CO的高品质合成气的资源化利用新技术，是传统Tomlinson碱回收技术最具有应用前景的替代方案。该技术成功应用关键在于使黑液中碱木质素高效气化转化。.针对低温黑液气化技术发展所面临的有机碳转化率较低和焦油较严重等问题，本项目拟从调控碱木质素大分子解构方式和半焦形成过程等内在因素着手，依据碱木质素有机结合钠功能基团与pH值的关系理论，采用底物添加、模型化合物对照等研究方法，系统深入研究含不同有机结合钠的碱木质素在不同热化学环境下的转化途径与规律，探讨碱木质素和无机质对造纸黑液热解气化过程半焦形成和有机碳气化活性影响的机制，阐明碱木质素大分子中有机结合钠功能基团在热解气化过程中所发挥自催化作用的机理。研究成果对抑制黑液低温热解气化过程焦油的形成、提高有机碳的转化率，实现碱木质素的定向气化具有重要的理论和实践指导意义。

以目前我国有代表性的两种化学法制浆黑液——麦草碱法制浆黑液和竹、桉木混合硫酸盐法制浆黑液为主要研究对象。采用有机溶剂分离的分离方法得到其主要的三种有机成分：碱木素（AL）、多糖（PLS）和LCC，表征其物理化学结构和基本化学组成。对两种钠盐存在形式的碱木质素、黑液及其三组分热解产物组成与分布规律进行研究。实验发现，AL热解产生 CH4的能力明显高于 PLS 和 LCC。PLS 生成 CO2的能力明显高于AL和LCC。在黑液热解过程中，有机组分中AL和LCC的热解产物主要存在于固相和液相产物中，有机组分中PLS的热解产物主要存在于气相和液相产物中。液相产物分布明显受到黑液中钠盐的影响。.无机钠盐的存在对碱木质素热解过程中大分子结构基团的脱落产生影响；低温热解时，有机结合钠会导致碱木质素热解苯环结构上的脂肪族取代基与苯环的 C-C 联接键发生断裂，从而生成愈创木酚。高温热解时，有机结合钠会导致甲氧基与苯环联接键的断裂，从而生成苯酚。有机结合钠促进碱木质素结构上酚羟基与苯环的联接键断裂的能力明显大于温度的作用。.探讨了黑液有机组分混合热解特性与单组分热解特性的不同；探讨分子量不同和钠盐添加量不同对碱木素热解特性的影响。结果表明：在BLS热解过程中主要组分会相互影响，共同决定着BLS的热解特性； AL、PLS 和 LCC 混合热解时，它们相对于单组分热解来说对热解产物的分布存在着一定的促进或抑制作用。LCC 和 AL 混合热解相对于单组分热解来说对气体产物的产生都有着非常显著的促进作用, AL 和 PLS混合热解相对于单组分热解来说对气体的产生则存在抑制作用, LCC 和 PLS 混合热解相对于单组分热解来说对气体的产生则存在抑制作用。分子量的不同对碱木素热解三相产物的分布规律同样有着比较明显的影响，600℃时,竹桉黑液中碱木素5K级分热解的气相产物得率最高。700℃和800℃时，竹桉黑液中碱木素1K级分热解的气相产物得率最高。