1. 研究目的与意义
木质素是纸浆造纸黑液的主要成分之一，也是一种重要的生物质原料。对木质素的降解研究，有利于黑液处理工艺的优化；也有利于对木质素等木质材料进行高值化利用，制备生物质焦炭。本研究着重于低压氩气等离子预处理工艺及其对热降解机理的影响。
2. 国内外研究现状分析
生物质主要有纤维素，半纤维素，木质素等组成，它的热解是这三种物质热解的综合。木质素的含量相对较低，但其热解过程较为复杂，且可能与其他组分发生反应，因此木质素的热解在生物质热解过程中占有重要作用[1]。木质素一般占据生物质组分的15%-40%，是以苯丙烷为主体结构，共有三种基本结构：愈创木基结构，紫丁香基结构，和对羟苯基结构[2]。木质素中主要是芳基甘油-β-芳醚键，也称为β-o-4醚键，它和纤维素化学结构上的明显差异导致了他们热裂解规律的不同[3]。因此，了解木质素的热裂解规律对探索生物质能源有重要作用。
lothar klarhofer等人[4]用空气和氩气等离子体处理纤维素和木质素，研究发现，经等离子体处理后，纤维素和木质素表面均会发生蚀刻现象，表面均有一定程度的损失，由xps证实，表面蚀刻是因为表面羟基数量的减少，虽然羟基数量会减少，但是在其表面仍然存在一定数目的羟基；而纤维素和木质素表面的醚键受等离子体处理的影响较小，处理前后并无明显的变化；等离子体处理后，表面的含氧自由基数量增加，c2、c3含量增加，有部分c4生成，o/c比增加，由mies/uos分析证实表面不仅形成了一定数量的羰基，还有部分羧基生成。
e.sinha等人[5]用氩气等离子体处理黄麻纤维5、10、15min，研究发现处理后，纤维会发生膨胀变形，由于其表面形成了大量的自由基，导致纤维表面能量增加；经等离子体处理10min，纤维表面的能量增加最显著，处理15min后，能量又会下降，因此，用等离子体处理10min改性纤维特性效果最好；经等离子体处理后，纤维的热不稳定性会增加，分析原因可能是纤维素和半纤维素发生了热降解，主要是酚类化合物和羟基的降解，又可能是木质素和半纤维素被氧化而形成新的连接键结合。
3. 研究的基本内容与计划
| 以木质素为原料，通过低压射频氩气冷等离子体预处理，研究等离子体处理功率、处理时间对木质素降解性能以及木质素结构的影响，以获得低压氩气冷等离子体预处理木质素工艺，为实现低压氩气冷等离子体预处理技术在造纸废液处理及高值化应用方面提供理论基础和实践依据。具体研究内容包括： 1、研究低压氩气冷等离子体预处理条件对木质素降解动力学性能的影响 2、研究低压氩气冷等离子体预处理条件对木质素结构的影响 3、研究低压氩气冷等离子体预处理条件对木质素降解过程中的化学变化的影响 |
4. 研究创新点
长期以来，木质素多作为工业废弃物排放或进行低品位的焚烧以减少污染排放。
本研究为实现低压氩气冷等离子体预处理技术在造纸废液处理及高值化应用方面提供理论基础和实践依据。
