路易斯酸预处理对木材热降解特性的影响

摘要

【目的】引入外源酸可解决热处理温度高、时间长的问题，提高热效率。本研究旨在明确外源酸对木材组分的影响以及不同木材的热降解特性。方法】以两种针叶材（落叶松、杉木）和两种阔叶材（桉木、杨木）为研究对象，以路易斯酸中的AlCl₃为外源酸，采用傅里叶变换红外光谱（FTIR）、热重分析（TGA）和Flynm-Wall-Ozawa法研究了不同浓度AlCl₃溶液（0、0.1、0.3 mol/L）处理后木材的热降解特性。【结果】AlCl₃处理可对木材化学结构产生显著影响：半纤维素的特征峰显著降低并发生红移，木质素特征峰的峰值增加，总结晶度指数减少，OH/CH₂比值下降，以及氢键强度增加。其中，0.3 mol/L AlCl₃溶液处理试材的总结晶度指数减少了29.17%～52.67%,OH/CH₂比值降低了23.18%～51.01%，氢键强度增加了2.86%～13.27%，纤维横向有序度减少低于8%。在热解过程中，AlCl₃处理后木材降解温度均降低，降解速率增大，活化能降低。0.3 mol/L处理浓度下，木材起始降解温度均降低至110℃以下，且针叶材出现明显肩峰，在快速热降解阶段针叶材的活化能比阔叶材显著降低。【结论】引入AlCl₃能显著降低木材的热降解温度，从而有效提升木材热改性效率，且其对针叶材的催化作用相较于阔叶材更为显著。本研究可为路易斯酸在木材低温热处理领域的应用提供理论支持。

关键词

降解 / 热处理 / 木材 / 热动力学 / 热重分析 / 催化 / 路易斯酸 / 针叶材 / 阔叶材

基金资助

国家自然科学基金项目（31971589）