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外源酸催化对木材半纤维素热降解规律的影响

2022-03-21分类号:S781.4

【作者】雒翠梅  王旭洁  母军  漆楚生  
【部门】木质材料科学与应用教育部重点实验室北京林业大学材料科学与技术学院  
【摘要】【目的】高温热处理可使木材半纤维素部分降解,改善木材的尺寸稳定性。使用外源酸可降低木材半纤维素热降解温度,因此有必要明确其热降解规律。【方法】采用碱法分离的方式提取出杨木和杉木的半纤维素,通过傅里叶红外光谱仪(FTIR)和热重分析法(TGA)研究引入外源酸条件下(0.1和0.3 mol/L的AlCl_3和H_3PO_4)半纤维素的热降解规律。【结果】碱法分离出的木材半纤维素,其红外谱图符合阔叶材及针叶材半纤维素的基本特征。经AlCl_3和H_3PO_4处理后,相比未处理的半纤维素,羟基峰发生红移,且半纤维素的特征吸收峰强度显著降低。热重(TG)分析显示:两种外源酸预处理的木材半纤维素的起始降解温度(T_(5%))从200℃左右降低至95~150℃,且主要降解温度范围从200~300℃降低至100~150℃。在相同浓度下,AlCl3处理后半纤维素的T5%(150℃)大于H_3PO_4的(95℃)。当AlCl_3浓度增大时,半纤维素热分解速率加快,但T5%无明显变化。随H_3PO_4浓度增大时,半纤维素热分解速率和T5%均减小。相比未处理的杨木半纤维素热解活化能(199.68 kJ/mol)和杉木半纤维素热解活化能(231.12 kJ/mol),AlCl_3和H_3PO_4处理后的热解活化能显著降低。在相同0.3 mol/L的条件下,AlCl_3处理后杉木半纤维素的平均活化能(112.31 kJ/mol)要低于H_3PO_4的(125.82 kJ/mol)。【结论】本研究采用的两种外源酸均可显著降低半纤维素的热降解温度。总体来讲,AlCl_3催化效果优于H_3PO_4,杉木半纤维素对H_3PO_4较为敏感。可根据针、阔叶材半纤维素的差异性选择不同的外源酸性介质作为催化剂,加速热解反应速率,从而为外源酸在木材低温热处理的应用提供一定的理论支撑。
【关键词】磷酸  路易斯酸  催化  针叶材  阔叶材  半纤维素  热降解
【基金】国家自然科学基金项目(31971589、31870536)
【所属期刊栏目】北京林业大学学报
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