木塑复合材料(WPC)是以塑料为基体、以生物质纤维进行增强的复合材料,兼有木材和塑料的优点。由木塑复合材料制造的商业产品已获得越来越多的应用。WPC主要采用被大量浪费的木屑、秸秆等和塑料废弃物作为原料,不仅有效实现了废弃材料的回收利用,而且由它制造的产品进一步节约了原始材料的使用。虽然WPC可以多次重复加工循环利用,但大分子会逐渐降解使材料性能劣化并最终生成新的废弃物。考虑到WPC的主要组分生物质和废弃塑料均为物质性能源,按照“生物质+废旧塑料→木塑复合材料→热解燃油”的资源利用模式,首先将生物质和塑料废弃物加工为WPC,再对废弃WPC快速热解制取热解油,扩展了生物质/塑料产业链,延长了材料的服务周期,有效实现了废弃物资源化利用,提高了生物质和废旧塑料资源的利用效益。WPC热解后得到了由生物质热解产生的大量有机含氧化合物和聚烯烃热解产生的脂肪烃。含氧有机物的存在使热解油热值低、酸度大、不稳定、与传统化石燃料混溶性差;聚烯烃热解产生的脂肪烃主要是直链烷烃,支链烷烃少,辛烷值低,碳链分布以常规石蜡为主。因此,WPC热解油在用作高端燃料前必须进行催化提质改性。包括减少热解油中的醛酮产物含量提高稳定性,减少酸产物降低腐蚀性,含氧有机物脱氧提高热值,使直链烷烃重整为异链烷烃来提高辛烷值,并将大分子有机物裂解为小分子产物降低黏度和密度。论文第二章利用热重分析和热裂解气质联机分析考察了纤维素、综纤维素、木聚糖、木质素、杨木,高密度聚乙烯(HDPE)和WPC的热失重行为和热解行为。热重分析表明生物质三组分中纤维素的起始分解温度最高,热解后得到的固体残留物最低。木质素热失重行为的温度范围很宽,热解后固体残留物最高。半纤维素的热稳定性最差,热解后固体残留物介于木质素和纤维素之间。生物质的热解可认为是三种主要组分各自热解的综合体现。与生物质相比,聚乙烯的起始分解温度更高,主要失重发生在较窄温度区域,热解后固体残留物很少。最终热解温度下木塑复合材料的固体残留物低于理论计算值,可能是WPC热解过程中塑料基体为生物质供氢,部分抑制了生物质热解产物的进一步聚合结炭反应,从而得到更高的挥发性产物的产率和更少的固体残炭。热裂解气质联机分析表明杨木和HDPE在热解过程中存在相互作用,杨木在较低的温度下即开始发生热解,其提供的自由基参与了聚烯烃热解反应,从而产生了更多的轻质烃类产物。因此,生物质和塑料存在协同效应。纤维素和半纤维素热解经历解聚、脱水和吡喃环的开环生成了小分子·的醛、酮、乙酸和呋喃衍生物。其中乙酸、环戊烯酮主要来自于半纤维素。木质素热解过程中,烷基、醚键、β-O-4键、C-C、侧链的芳基亚基及Cα-β和Cβ-γ会发生断裂和取代反应,从而生成相应的酚类产物。WPC热解产物中包括了 HDPE和杨木单独热解产物。论文第三章考察了不同硅铝比的HZSM-5、HY、HUSY和HBeta沸石分子筛以及Al-SBA-15介孔分子筛对WPC热解蒸气在线催化的效果。所有分子筛催化剂催化后醛类、酯类产物完全消失,主要保留了小分子酮类、呋喃类和酚类产物,脂肪烃含量大幅降低,生成大量芳烃。两种不同孔径的分子筛催化结果的区别是沸石分子筛催化后乙酸含量减少,而Al-SBA-15催化后乙酸含量增加。酸性增强促进了裂化反应。挥发性产物在分子筛内部,发生了一系列的裂化、脱水、脱羰、脱羧、异构化、聚合、脱氢反应生成了芳香烃。分子筛对芳烃产物具有选择性,HZSM-5对产物对二甲苯有最好的择形选择性。Al-SBA-15催化后选择性的产生了联苯产物。分子筛的孔结构和硅铝比对生成芳烃有重要影响。论文第四章考察了纳米固体超强酸SO42-/ZrO2、SO42-/TiO2和SO42-/Fe2O3和四种介孔超强酸 MST、sul-SnO2-0.2-1.5、sul-SnO2-0.2-3 和 sul-SnO2-0.33-3 对 WPC 热解蒸气在线催化的效果。催化后各种产物的分布与Al-SBA-15催化结果一致。各催化剂对芳烃选择性不同,所有催化剂催化后都新生成了长链烷基苯,SO42-/Fe2O3,MST和sul-SnO2催化后新生成了联苯产物。所有的催化剂催化改性后降低了热解产物的黏度,增加了它的热值、辛烷值、存储稳定性以及与其他碳氢燃料的混溶性,但除沸石分子筛外,其他催化剂催化后增加了乙酸含量,使腐蚀性有所增强。