【摘 要】
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通过热处理技术对速生材进行功能性改良,扩大其应用范围,是缓解我国木材供需矛盾的重要手段。然而,木材热处理过程也存在处理温度较高,VOCs排放较多且组分不明确等问题,在一定程度上限制了其绿色、环保、可持续的发展步伐。针对这一现象,本研究以速生杉木、桉木为研究对象,首先从热处理材失重模型、VOCs释放规律以及热量传递规律等基本问题入手,通过将热处理试验与SPME-GC/MS及有限元分析相结合的方式,研
【基金项目】
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国家“十三五”重点研发计划课题“小径材多界面复合与木基缠绕技术”（ 2018YFD0600305）; 林业公益性行业专项重大项目“低质人工林木材家具制造关键技术研究与示范”（201404502）; 国家自然科学基金（青年）“超声波促进木材干燥过程中边界层内部热质传递机制”（31600457）
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通过热处理技术对速生材进行功能性改良,扩大其应用范围,是缓解我国木材供需矛盾的重要手段。然而,木材热处理过程也存在处理温度较高,VOCs排放较多且组分不明确等问题,在一定程度上限制了其绿色、环保、可持续的发展步伐。针对这一现象,本研究以速生杉木、桉木为研究对象,首先从热处理材失重模型、VOCs释放规律以及热量传递规律等基本问题入手,通过将热处理试验与SPME-GC/MS及有限元分析相结合的方式,研究了热处理材重量损失及热量传递情况。在此基础上,从降低热处理过程能耗,减少污染物排放的角度出发,尝试通过氯化锌浸渍、超声波辅助抽提、协同处理等预处理方式实现速生材低温热处理并对热处理中的VOCs释放进行调控。本研究不仅对完善及优化现有热处理工艺具有借鉴价值,而且对实现木材热加工行业向低能耗、低排放升级转型具有推动作用。本研究的主要结论及创新点如下:（1）构建了厚度为20 mm的速生杉木、桉木热处理过程中失重率随处理温度及保温时间变化的模型。（2）素材不同热处理条件下,杉木热处理VOCs主要组分共63种,以萜类、醛类、酚类化合物为主,桉木VOCs主要组分共45种,以醛类、酚类化合物为主。试材VOCs种类数及半纤维素、纤维素、木质素的主要降解产物含量整体上随处理温度的升高和反应时间的延长而增加,但就具体成分相对含量而言,由于受其他组分影响,相对含量数值可能出现波动。（3）在经有限元模拟得到试材内部温度场的基础上,通过计算机模拟修正解决了不同厚度热处理材有效导热系数不同的问题,并得到了不同厚度条件下试材的平均导热系数模型,进一步提高了木材内部温度场模拟的准确程度。（4）氯化锌浸渍预处理能有效实现速生材的低温高效热处理过程。研究发现,当氯化锌预处理杉木、桉木分别在约180℃条件下热处理2 h时,其失重率、尺寸稳定性水平均与200℃-2 h素材相当。此外,通过本研究得到的同失重率下氯化锌处理材与素材热处理温度对应关系,可较为便捷地根据素材处理需求确定氯化锌处理材所需热处理条件。（5）相较于素材200℃热处理,杉木、桉木氯化锌预处理材180℃热处理VOCs主要成分种类分别由19种和23种下降至12种和16种;醛类化合物相对含量分别由13.55%和34.90%大幅提升至85.66%和79.53%,尤其是糠醛、香草醛等平台化合物相对含量增长明显,从而简化了热处理VOCs组成,有利于其回收处理。（6）超声波辅助抽提能明显提高抽提效率,使杉木及桉木木粉抽提物得率分别由传统抽提的2.82%和1.23%,增长至4.09%和2.95%。同时,该处理方式提高了板材热处理效率,有利于减少热处理能耗。但超声波辅助抽提处理对板材VOCs释放影响有限。（7）在氯化锌+超声波+涂层的协同处理方式中,不仅能在超声波作用下更好地发挥氯化锌催化热处理效果,且可通过绿色可再生的生物基环氧树脂涂层包覆作用控制热处理中VOCs的释放。
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