基于离子液体再生的不同形态纤维素热解特性及一次反应机理研究

Cellulose is the most important portion in lignocellulose biomass. The structures of cellulose in different biomass are different in degree of polymerization and crystallinity characteristics. Cellulose has a strong tendency to form intra- and inter-molecular hydrogen bonds through the abundant hydroxyl groups on each linear molecular, which stiffens microfibers of cellulose and promotes aggregation into a crystalline structure. The network of hydrogen bonds will affect the initial dehydration reaction at low temperature during pyrolysis process. Therefore, it’s very important to investigate the influence mechanism of crystallinity characteristics on primary reaction of cellulose pyrolysis. .The experiments design of the study is introduced as follows. Different ionic liquid are used to synthesis the regeneration cellulose. Typical cellulose sample with specific crystallinity will be prepared with different dissolution and regeneration condition. Wire-mesh reactor and fluidized bed reactor will be applied to collect the primary and secondary pyrolysis products of cellulose. A analysis method based on in-situ DRIFT can be developed to describe the evolution of network of hydrogen bonds during pyrolysis at low temperature. A derivatization method for liquid pyrolysis products in GC-MS and LC-MS will be developed also to investigate the influence of cellulose structure on primary and secondary reaction in cellulose pyrolysis..This study attempts to get insight into the ultrastructure of cellulose, molten-phase chemistry of cellulose pyrolysis and reveals the mechanism of cellulose pyrolysis more deeply.

纤维素是生物质最重要的组成物质，影响纤维素结构的主要因素是其聚合度和结晶形态。纤维素的结晶区域是由复杂的分子内和分子间氢键网络所形成的，这一超微结构会影响热解初始低温阶段的脱水过程，从而对纤维素热解的一次反应产生重要影响。因此，研究结晶程度及结晶形态对纤维素热解一次反应的影响机制显得尤为重要。本项目基于离子液体再生为主的预处理手段，配合低温热处理及物理研磨获取典型的纤维素样品，进而通过在最小化二次反应的金属网反应器和石英流化床反应器的对比热解实验研究，获取纤维素热解的主要一次产物和二次产物。开发原位傅里叶红外光谱表征纤维素氢键结构演化的分析测试方法；开发基于纤维素热解产物的衍生化定量分析方法，获得详细的纤维素超微结构影响热解一次反应的机理以及后续二次反应的反应路径。本项目的研究成果将有助于深入揭示实际生物质内纤维素的的不同结构对其热解特性的影响，为优化生物质热解性能、改善其产物分布提供理论

纤维素是生物质最重要的组成物质，影响纤维素结构的主要因素是其聚合度和结晶形态。纤维素的结晶区域是由复杂的分子内和分子间氢键网络所形成的，这一超微结构会影响热解初始低温阶段的脱水过程，从而对纤维素热解的一次反应产生重要影响。因此，研究结晶程度及结晶形态对纤维素热解一次反应的影响机制显得尤为重要。.本项目基于典型离子液体再生合成低结晶度纤维素，并对其微观形貌结构进行了系统表征；考察了不同形态纤维素的热解特性及主要特征热解产物分布；基于原位红外二位扰动光谱，首次考察了不同形态纤维素低温热解阶段典型氢键网络结构的演化规律,提出基于PCMW2D和2D-COS的优化方法原位红外数据进行分析，研究了典型AAEM对纤维素低温热解的催化作用机制；提出了基于衍生化分析方法，结合最小化二次反应的金属网反应器，研究了纤维素热解的典型一次产物和二次反应，考察了典型AAEM对纤维素及不同结构模化物热解的影响规律，揭示了典型AAEM对纤维素一次、二次反应的影响机制；开展了典型纤维素模型化合物的分子动力学模拟，提出了改进的纤维素热解Bio-Polimi动力学模型，综合考虑了结晶区域和无定型区域的影响，与实验结果吻合良好。.本项目的研究成果有助于深入揭示实际生物质内纤维素的不同结构对其热解特性的影响，为优化生物质热解性能、改善其产物分布提供理论。.