【摘 要】
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木质素是维管植物细胞壁的重要组成成分,资源储量丰富且可再生。目前,木质素的高价值利用还未得到充分开发,这当中主要的限制因素是其复杂的结构和性质。促进木质素的高价值利用对提高生物炼制工业经济性,达成“双碳”目标有着重要的意义。由于具有丰富的芳香结构以及丰富的表面官能团,木质素是一种制备活性炭的理想前体。本文以玉米芯制糠醛工艺副产品富木质素酶解残渣为原料,通过磷酸活化法制备活性炭,研究了改善木质素在活
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木质素是维管植物细胞壁的重要组成成分,资源储量丰富且可再生。目前,木质素的高价值利用还未得到充分开发,这当中主要的限制因素是其复杂的结构和性质。促进木质素的高价值利用对提高生物炼制工业经济性,达成“双碳”目标有着重要的意义。由于具有丰富的芳香结构以及丰富的表面官能团,木质素是一种制备活性炭的理想前体。本文以玉米芯制糠醛工艺副产品富木质素酶解残渣为原料,通过磷酸活化法制备活性炭,研究了改善木质素在活化过程中的膨胀问题的方法,磷酸在活化过程中所起作用以及利用Mannich反应制备木质素基改性活性炭的可行性。具体工作和结论如下:（1）根据实验中发现的糠醛可以抑制木质素在活化过程中的膨胀现象,提出了一种利用糠醛与木质素反应制备成型活性炭的方法,以碘值为指标采用单因素实验法优化了利用糠醛制备木质素基成型活性炭工艺过程的5个影响因素,并讨论了各因素对产物孔结构和吸附能力的影响。最终成功制备出一系列的木质素基成型活性炭,所得成型活性炭产物比表面积最高达到1478㎡/g;碘值最高达到1010mg/g;亚甲基蓝吸附容量最高达329mg/g;侧压强度最高可以达到220N/cm。通过对模型反应产物结构的分析认为反应机理是在磷酸作用下糠醛羰基质子化并取代愈创木酚甲氧基或酚羟基邻位碳上的氢,生成6-[（呋喃-2-基）（羟基）甲基]-2-甲氧基苯酚或3-[（呋喃-2-基）（羟基）甲基]-2-甲氧基苯酚,之后生成物之间进一步脱水形成广泛交联的聚合物,通过这个反应木质素热稳定性提高并因具有树脂结构而能够进行成型。（2）通过工艺考察过程中木质素热解产生不凝性气体规律的变化分析了磷酸在活化过程中发挥的作用以及对木质素结构的影响,发现磷酸促使CO和CO2产气温度降低,使CO和CH4产量降低,H2和CO2产量增加。推测磷酸可能通过促进异裂和质子化过程从而促使酚羟基裂解开环和芳环间的缩聚,通过催化异裂促进了脱羧反应,并改变了甲氧基的裂解途径。（3）通过采用两种实施方法考察了利用Mannich反应对木质素进行掺杂改性,进而制备改性活性炭的可行性,结果表明掺杂反应可以实现,氮掺杂有利于改善磷酸法活性炭产物的表面酸性。
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