外源酸催化对木材半纤维素热降解规律的影响

作者：雒翠梅; 王旭洁; 母军^*; 漆楚生^*

来源：北京林业大学学报, 2022, 44(04): 147-156.

• 磷酸
• 路易斯酸
• 催化
• 针叶材
• 阔叶材
• 半纤维素
• 热降解

【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和热重分析法研究引入外源酸条件下(两种外源酸AlCl3和H3PO4，每种外源酸的浓度分别为0.1和0.3 mol/L)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和针叶材半纤维素的基本特征。经AlCl3和H3PO4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(T5%)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H3PO4的(95℃)。当AlCl3浓度增大时，半纤维素热分解速率加快，但T5%无明显变化。随H3PO4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),AlCl3和H3PO4处理后的热解活化能显著降低。在相同浓度0.3 mol/L的条件下，AlCl3处理后杉木半纤维素的平均活化能(112.31 kJ/mol)要低于H3PO4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，AlCl3催化效果优于H3PO4，杉木半纤维素对H3PO4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。

• 单位
  北京林业大学