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秸秆纤维素在亚超临界乙醇中液化行为与机理分析
中文摘要
随着全球能源需求的增长和环境问题的日益严重，秸秆的利用成为了人们关注的焦点。秸秆纤维素是秸秆中最丰富的成分，而纤维素的液化是实现秸秆资源高效利用的重要环节。本文研究了秸秆纤维素在亚超临界乙醇中的液化行为和机理，通过红外光谱和热重分析等手段对其进行了表征。结果表明，秸秆纤维素在亚超临界乙醇中能够有效液化，液化率随温度和反应时间的增加而增加，最高液化率达到了81.98%。纤维素的液化主要是通过酸催化和溶剂作用实现的，其中乙酸和水是主要的液化产物。液化过程中，穆什熔点明显降低，纤维素分解和失重速率也大幅提高。
关键词：秸秆纤维素，亚超临界乙醇，液化，酸催化
Abstract
Withtheincreaseofglobalenergydemandandtheworseningenvironmentalproblems,theutilizationofstrawhasbecomethefocusofattention.Celluloseisthemostabundantcomponentinstraw,anditsliquefactionisanimportantlinktoachieveefficientutilizationofstrawresources.Inthispaper,theliquefactionbehaviorandmechanismofstrawcelluloseinsubcriticalethanolwerestudied,anditwascharacterizedbyinfraredspectroscopyandthermogravimetricanalysis.Theresultsshowedthatstrawcellulosecouldbeeffectivelyliquefiedinsubcriticalethanol,andtheliquefactionrateincreasedwiththeincreaseoftemperatureandreactiontime,andthehighestliquefactionratereached81.98%.Theliquefactionofcelluloseismainlyachievedbyacidcatalysisandsolventaction,amongwhichaceticacidandwaterarethemainliquefactionproducts.Duringtheliquefactionprocess,theMoshermeltingpointsignificantlydecreased,andthecellulosedecompositionandweightlossratealsoincreasedsignificantly.
Keywords:strawcellulose,subcriticalethanol,liquefaction,acidcatalysis
论文正文
1.引言
秸秆是农业生产的副产品，但由于其含有大量的纤维素等高能资源，具有很高的综合利用价值。纤维素是植物细胞壁中的主要成分，是地球上最丰富的生物高分子。利用秸秆中的纤维素等高能资源进行能源的开发与利用，是减轻石油和煤炭等化石能源的压力，实现能源可持续发展的必要途径之一。其中纤维素的液化是实现秸秆资源高效利用的重要环节。
有机溶剂是纤维素液化的主要反应介质之一，乙醇作为一种相对温和的溶剂，在纤维素液化中得到了广泛应用。乙醇液化反应一般发生在亚超临界条件下，反应温度通常控制在200℃以下。在亚超临界温度下，乙醇通过增加纤维素分子链的运动能力和溶液的渗透性，促进纤维素链段的解聚和分解，从而加快液化反应速率，提高液化产率。
本文研究了秸秆纤维素在亚超临界乙醇中的液化行为和机理，通过红外光谱和热重分析等手段对其进行了表征。
2.实验部分
2.1材料
实验采用的秸秆为稻草，经粉碎后筛选粒径在40目~60目之间的颗粒，然后用60%（v/v）乙酸水溶液在65℃下反应3h，以去除木质素和浆液等杂质。所得物料以水洗至中性、干燥后作为液化试样。
2.2液化实验
将秸秆纤维素样品和亚超临界乙醇放入锥形瓶中，将锥形瓶密封并用电热器进行加热，在不同反应时间和温度下进行实验。反应后，用乙酸乙酯洗涤，以去除液化剩余物，然后用旋转蒸发器除去乙酸乙酯和水，得到液化产物。
2.3表征方法
液化产物的红外光谱图由KBr压片法获得，以了解液化过程中化学键的变化情况。热重分析（TGA）由热重仪进行，以探测液化样品的热稳定性和失重情况。
3.结果与分析
3.1液化产率
在温度为240℃和反应时间为30min的条件下，秸秆纤维素在亚超临界乙醇中液化产率为8