纤维素是木质纤维素生物质的主要成分,纤维素燃烧热解特性的研究对生物质整体的利用起着重要作用。植物纤维素的结构呈现半结晶结构,结晶度是影响纤维素性质的重要因素。本论文对比研究了不同提取方法对纤维素微观结构的影响,确定一种对纤维素微观结构影响最小的提取方法。利用热重分析(TG)、微燃烧量热(MCC)、热重-红外联用(TG-FTIR)和热裂解-气相色谱/质谱联用(Py-GC/MS)技术对不同结晶度纤维素的燃烧热解行为及产物分布情况进行探究。具体而言,本文进行了以下工作:1.采用中性洗涤剂法、酸性水解法、碱液分离法分别对烤烟和香料烟烟叶样品中的纤维素进行提取;利用交叉极化/魔角旋转13C核磁共振(CP/MAS 13C NMR)技术对烟草纤维素进行微观结构表征;对比分析3种方法的得率大小及提取所得烟草纤维素的纯度大小。结果表明:①中性洗涤剂法提取所得烟草纤维素纯度(81.2%)最高。②3种提取方法所获烟草纤维素均以纤维素Iβ晶型为主。③中性洗涤剂法所获烟草纤维素结晶度(43.8%)最大,且基原纤尺寸(3.4 nm)和基原纤聚集束尺寸(8.9 nm)最大。因此,中性洗涤剂法对烟草纤维素微观结构影响最小。2.通过球磨法处理微晶纤维素,同时采用中性洗涤剂法提取植物纤维素获得两批结晶度具有差异的纤维素样品。利用TG和MCC分析不同结晶度纤维素的燃烧热解行为。结果表明:①在氮气氛围下,当微晶纤维素结晶度由54.4%减小到23.1%时,其热解起始温度、最大热失重速率以及最大热失重速率处温度分别降低16.0 ℃、10.08%/min和19.0 ℃;对于植物纤维素,当结晶度由68.8%减小到38.9%时,上述参数分别降低18.4 ℃、17.24%/min和2.4 ℃;②在10%氧气氛围下,当微晶纤维素结晶度由54.4%减小到23.1%时,其燃烧热解起始温度、最大热失重速率以及最大热失重速率处温度分别降低19.2 ℃、17.83%/min和22.1 ℃;当植物纤维素结晶度由68.8%减小到38.9%时,上述参数分别降低27.8 ℃、24.44%/min和23.6 ℃。③当微晶纤维素结晶度由54.4%减小到23.1%时,其点燃温度、最大热释放速率和总热释放量分别降低37.3 ℃、295.4 W/g和10.3 KJ/g;当植物纤维素结晶度由68.8%减小到38.9%时,上述参数分别降低40 ℃、323.1 W/g和8.9 KJ/g。因此,纤维素结晶度对其燃烧热解行为具有重要影响,其燃烧热解起始温度、最大热失重速率以及最大热失重速率处温度随结晶度的减小而降低,同时其点燃温度、最大热释放速率和总热释放量亦随结晶度的减小而降低。故高结晶度纤维素热稳定性较好。3.采用TG-FTIR和Py-GC/MS技术研究不同结晶度纤维素燃烧热解产物生成情况。(1)TG-FTIR结果表明:①在290～410 ℃温度区间内,CO、C02和H20相对含量随结晶度的降低而减少。在氮气氛围下,当微晶纤维素结晶度从54.4%降低为23.1%时,其热解产生CO、CO2、H20的最大吸收强度分别降低44.7%、63.1%和36.8%;对于植物纤维素,当结晶度从68.6%降低为42.6%时,上述产物最大吸收强度分别降低48.1%、55.4%和72.7%;②在10%氧气氛围下,当微晶纤维素结晶度从54.4%降低为23.1%时,其燃烧热解产生CO、CO2、H2O的最大吸收强度分别降低3 8.6%、28.6%和28.2%;对于植物纤维素,当结晶度从68.6%降低为42.6%时,上述产物最大吸收强度分别降低8.2%、65.3%和74.3%。③羰基化合物相对含量随结晶度降低而呈现减少趋势。在氮气氛围下,当微晶纤维素结晶度从54.4%降低为23.1%,其热解产生羰基化合物的最大吸收强度降低11.9%;当植物纤维素结晶度从68.6%降低为42.6%时,幾基化合物最大吸收强度变化无明显规律。在10%氧气氛围下,当微晶纤维素结晶度从54.4%降低为23.1%,其燃烧热解产生羰基化合物的最大吸收强度降低25.6%;当植物纤维素结晶度从68.6%降低为42.6%时,羰基化合物最大吸收强度降低23.2%。(2)Py-GC/MS结果表明:当微晶纤维素结晶度从54.4%降低为23.1%时,其在800 ℃下热解产生的苯酚相对含量减少10.7%,苯环类物质相对含量也有所降低;当植物纤维素结晶度从68.6%降低为42.6%时,其热解产生的苯酚和苯类物质的相对含量分别减少63.9%和61.0%。因此,随着纤维素结晶度降低,其主要燃烧热解过程产生的CO、CO2、H20、羰基化合物、苯酚以及苯环类化合物相对含量均有所减少。本文揭示了纤维素结晶度对其燃烧热解特性的影响,阐明了纤维素燃烧热解产物中有害成分如CO、CO2、羰基化合物以及苯酚的生成规律与结晶度之间的关联,有望为生物质利用提供调控指导,同时为烟草行业减害工作提供重要的实验支撑。