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木质素是一种可再生的天然芳香环类高聚物,广泛存在于植物细胞壁中(占15～35%),主要由3种苯丙烷基结构单元通过醚键、碳碳键和少量的酯键联接而成。本文拟利用可再生的木质素资源,通过烘焙、快速热解和催化热解等技术,将其转化为高附加值的精细化学品,为木质素的高值化利用提供理论依据。(1)首先采用不同的提取方法从棕榈壳中提取4类木质素,分别为磨木木质素(MWL)、碱木质素(AL)、克拉森木质素(KL)和溶剂型醇解木质素(OEL),然后采用FTIR、GPC、2D-HSQC-NMR、TGA-FTIR和Py-GC/MS等研究提取方法对木质素化学结构和热解行为的影响规律。结果表明,AL中β-O-4键含量和S/G 比值最高,分别为53.9/100 Ar和1.68。MWL热降解温度区间最广,为126-536℃,并且其分子量分布也较为广泛,证明其热稳定性最好。AL热解时H2O、CO2和CO等含氧的永久性气体组分的含量最高。木质素热解生物油中的主要组分为S型酚、G型酚、P型酚和C型酚,AL热解时G型酚含量最高,达到9.74-26.01%;KL热解时P型酚含量最高,达到44.23-56.01%;OEL热解时P型酚含量最高,达到29.38-56.07%;而MWL热解时G型酚和P型酚含量较为接近,分别为9.08-25.81%和22.60-29.04%。热解温度越高,芳烃得率越高。随着转化率的增加,4种木质素热解活化能也逐渐增加。(2)为了降低木质素中氧元素含量,提高木质素催化热解过程中的芳烃得率,采用烘焙预处理技术对木质素进行改性提质。采用管式炉、TGA-FTIR和Py-GC/MS分别对木质素烘焙中固体以及气体和液体产物进行分析,研究烘焙预处理过程中木质素化学结构的演变规律和氧元素脱除转化路径。结果表明,更高的烘焙温度有利于氧元素的脱除,脱除效率最高为25.53%。氧元素主要通过β-O-4键、脂肪族羟基和羧基、芳环甲氧基等含氧官能团的脱落逐渐从木质素中脱除,脱除的氧元素转化为烘焙气体和液体中的含氧组分,氧载体主要为烘焙气体和液体中的CO2和G型酚组分。(3)利用沸石分子筛(HZSM-5)的择形催化能力,开展木质素催化热解制取三苯(BTX)的研究。采用TG-FTIR和Py-GC/MS研究了木质素种类和催化剂添加量对木质素催化热解行为的影响。由TGA-FTIR分析可知,MWL木质素催化降解失重温度范围最广,失重峰数量最多,但是其残炭率最低;并且随着催化剂添加量的增加,H2O、CH4、CO2和CO释放量增加。由Py-GC/MS分析可知,在4种木质素中,MWL催化热解产生的芳烃产率最高,并且苯、甲苯和二甲苯的含量在木质素/催化剂添加量为1:5时达到最大值,其绝对峰面积分别为4.51×107、8.58×107和1.26×108,峰面积半定量的方法准确体现了含量的变化。(4)首先,选取金属Mg和Ga对HZSM-5沸石催化剂进行改性,制备Mg/Ga-HZSM-5双功能催化剂,其次,从针叶材(杉木CF)、阔叶材(杨木P)和草本植物(玉米秸秆CS)中提取磨木木质素(MWL),开展木质素催化热解实验,研究金属改性和木质素种类对三苯(BTX)收率的影响。结果表明,P所含的β-O-4芳基醚键含量最高(53.9/100 Ar),而CS所含的S/G 比值最高(1.68)。杨木木质素是具有较长含氧分支侧链的线性分子结构,杉木可能由于缩合结构较多而侧链较短,而玉米杆木质素可能较多的中间体交联结构与木质素分子构成交联网络。通过Mg、Ga金属改性HZSM-5沸石催化剂制备双功能催化剂,发现Mg/Ga-HZSM-5具有最大介孔体积(0.06 cm3/g)和较多的弱酸性位点(0.55 mmol/g)与最低的强酸性位(0.29 mmol/g)。Mg/Ga-HZSM-5可以有效提高BTX的选择性收率,对于CS的催化热解制备 BTX 效果最佳。其中 CF(63.01%)较 HZSM-5(53.06%)提高了 9.95%,P(64.47%)较 HZSM-5(61.07%)提高了 3.4%,而 CS(63.18%)较 HZSM-5(37.77%)提高了(25.41%)