洁净煤技术

作者：张永博, 陈志强, 朱丹晨, 唐紫玥, 陈应泉, 杨海平, 陈汉平

关键词：生物质,碱木质素,硝酸,水热处理,反应机理

硝酸可使木质素快速解聚，具有使造纸黑液水热液化（Hydtrothermal Liquefaction, HTL）高值利用的潜力。以碱木质素（Alkaline Lignin, AL）为原料，分别研究了在硝酸作用下，不同反应时间、反应温度、反应初始压力下木质素水热过程特性，并探究了反应过程中碳元素的迁徙过程及水热反应过程机制。研究发现硝酸辅助AL水热反应过程由脱支链（10%~15%）、酸析聚集（65%~70%）和解聚（15%~20%）组成。水热产物主要受温度和初始压力的影响，对反应时间敏感程度较低。水热温度增加会促进水热炭的脱支链反应、抑制AL酸析聚集形成水热炭，使固体产物碳质量分数从77.0%减少至51.6%，气体产物碳质量分数从0.6%提高到14.2%；而增大初始反应压力会抑制AL解聚、促进AL酸析聚集形成水热炭，使液体产物碳质量分数从17.6%下降至4.1%，而固体产物质量分数则从50.8%增大至64.9%。木质素水热分解气体产物主要为CO2和少量的CO，主要来自水热过程羰基、羧基及醚键的断裂；液体产物主要为AL解聚后的单体、二聚体以及酚类低聚物，主要来自酸催化AL的部分解聚和解聚产物的再聚合；水热炭主要由AL在酸性环境下软化、粘连成的疏水无定型中间体，吸附部分解聚的木质素碎片通过交联碳化过程形成。结合三态产物碳分布，反应时间为4 h、反应温度为180 ℃、初始反应压力为0 MPa是最适宜的工况，此时固体碳质量分数为50.8%，液体产物碳质量分数为17.6%。

来源：2025年第9期

《洁净煤技术》期刊编辑部

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