木材快速热裂解液化酚类物质形成机制与调控

酚类物质是木材快速热裂解液化生物油中极具应用价值的一类产物。然而，到目前为止，木材快速热裂解液化酚类物质的形成机制还不够清晰，对其产率的调控缺乏理论依据，制约了木材快速热裂解液化获取酚类产物技术的发展。本项目拟采用木材主要组分模型物和生物油中标准酚类物质作为比照对象的对比研究及产物在线检测分析的综合研究方法，探索木材快速热裂解过程中气态酚类物质及热裂解气冷凝过程中液态酚类物质的形成机制，研究木材的组分及微观构造与热裂解液态产物中酚类物质形成之间的关系，阐明木材颗粒特性、热裂解反应条件及冷凝条件对快速热裂解液化酚类物质形成的影响规律，分析各影响因素的耦合作用机制，确定木材快速热裂解液化过程中酚类物质产率的调控方案。本项目的研究成果将为合理制定木材快速热裂解酚类物质产率的最大化工艺提供科学指导，为从低品位的林木剩余物中高效获取可再生的高品质酚类物质奠定基础。

快速热解液化技术是最具应用前景、发展速度最快的生物质热化学转化技术之一，其主要产物是生物油，而生物油中酚类物质是极具应用价值的组分，因此，国内外众多学者对生物油尤其是其中酚类物质的高效利用开展了较多的研究。本项目根据木材及其组分的热解理论，将木材主要组分模型物（纤维素、半纤维素、木质素）和生物油中标准酚类物质作为比照对象，采用对比研究及产物在线检测分析的综合研究方法，探索了木材快速热解过程中气态酚类物质及热解气冷凝过程中液态酚类物质的形成机制，研究了木材组分、微观构造与热解液态产物中酚类物质形成之间的关系，阐明了木材颗粒特性、热解反应条件及冷凝条件对快速热解液化酚类物质形成的影响规律，分析了各影响因素的耦合作用机制，确定了木材快速热解液化过程中酚类物质产率的调控方案。. 首先，对进料量1kg/h的木材定向热解液化装置进行了改进和完善，建立了一套完整的木材快速热解液化实验研究平台，为本项目的顺利完成提供了基础条件。其次，考察了杨木、落叶松及其组分模型物的热解失重特性及气相产物演变规律；对落叶松及其组分模型物热解气、生物油化学组成进行了检测分析与表征。再次，以生物油产率和生物油中酚类物质含量为考核指标，获得了高产率、高多元酚含量的生物油最佳快速热解工艺条件；对比研究了不同木材原料及其组分模型物热解气和生物油中主要标准酚类物质在冷凝过程的物理及化学变化情况，明晰了热解反应温度、进料量、气流量及不同冷凝条件对木材热解气及生物油中酚类物质形成的影响规律。最后，综合分析了物料特性、反应条件、冷凝条件等因素对酚类物质产生的综合影响及作用情况，建立了木材快速热解液化酚类物质产率的调控方案，并且进行了实验验证。. 依托本项目，培养博士后1名，博士生5名，硕士生2名；发表SCI论文2篇，EI论文1篇，中文核心期刊论文7篇，出版专著1部，参加国际国内学术性会议8次，申请发明专利11件，其中已授权3件，另外，获授权实用新型专利7件。本项目的研究成果为制定以获得高多元酚含量生物油为目的的木材快速热解液化工艺提供了科学参考，为从低品位的林木剩余物中高效获取可再生的高品质酚类物质奠定了基础，有助于加快木材快速热解液化技术的产业化进程，为实现木材资源的高效循环利用开辟了新的思路。