金属改性分子筛催化热解木质素制取轻质芳烃
2021-03-27马中青周秉亮刘晓欢叶结旺
黄 明,朱 亮,马中青,*,周秉亮,刘晓欢,叶结旺,赵 超
(1.浙江农林大学工程学院 国家木质资源综合利用工程技术研究中心,浙江 临安 311300;2.江苏大学农业工程学院,江苏 镇江 212013)
木质素是一种可再生的天然轻质芳烃类高聚物,主要由三种苯并烷基结构单元(愈创木基、紫丁香基、对羟基苯基)通过 C−O−C醚键(β-O-4、α-O-4、γ-O-4,)、C−C键(5-5、β-1、β-5)和少量的酯键连接而成[1]。工业木质素主要源自制浆造纸黑液及纤维素乙醇炼制工艺,全球年产量已超过1.5×108t,目前,超过60%的工业木质素都仅作为低值燃料用于锅炉燃烧供热,未实现高附加值利用[2]。然而,基于木质素特殊的分子结构特性,自身含有大量的苯环结构,通过催化快速热解技术(Catalytic Fast Pyrolysis,CFP)将其解聚并脱除相应的含氧官能团,可转化为高附加值的苯、甲苯和二甲苯(BTX)等轻质芳烃化学品[3,4]。
由于不同种类的木质素在化学结构上存在显著差异,因此,木质素种类是催化热解过程中的首要影响因素。根据木质素分离方法的不同,它可分为磨木木质素(MWL)、溶剂型木质素(OL)、碱木质素(AL)和Klason木质素(KL)等。目前,分离方法对木质素化学结构及其催化热解产物的影响已被广为研究[1,2-5]。根据木质素来源的不同,它可分为阔叶材木质素、针叶材木质素和草本植物木质素。三种木质素的基本结构单元(愈创木酚(G)、紫丁香基(S)、对羟基苯基(H))及其含量存在显著差异,针叶材木质素只含有G单元,阔叶材木质素由G和S单元组成,而草本木质素则是由G、S 和 H 这三种单元组成[4-8]。Wang 等[3]研究表明,针叶材(银杏)MWL在热解过程中愈创木酚的选择性产率明显高于阔叶材(杨木)MWL和草本植物(麦草)MWL,主要原因是针叶材MWL中G结构单元含量最高,而且最容易通过β−O−4芳醚键直接裂解转化为愈创木酚,所需解离能最低。……
