碱性溶液中在镍电极上电催化降解玉米秸秆木质素转化为芳香化合物的研究

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本论文研究了一种新的电催化氢化降解玉米秸秆木质素转化为芳烃的方法。用电沉积法制备的Pb/PbO2电极和镍电极构成两电极体系,其中Pb/PbO2电极为阳极,镍电极为阴极,对碱溶液中的玉米秸秆木质素进行电催化降解。采用XRD、循环伏安、阴极极化曲线分别对两个电极的晶形结构、在木质素碱溶液中的氧化还原能力和镍电极的析氢电位进行了表征。使用GC-MS对降解产物进行定性分析,然后运用GC内标法对产物中的芳烃产物进行定量考察,并分别分析了电流密度、电催化降解反应时间、反应温度和玉米秸秆木质素初始浓度对降解产物中芳烃和苯甲醚产率的影响。采用高效液相色谱对木质素残渣的分子量分布进行了分析并运用FT-IR对玉米秸秆木质素降解前后的官能团进行了对比分析。实验结果表明:镍电极在木质素碱溶液中具有较好的的氧化还原能力和稳定性,在玉米秸秆木质素碱溶液中的析氢电位为-1.317 V,可以保证在碱性溶液中化学吸附氢HadsMeled与木质素中间体RMeled完成电催化加氢反应。电催化降解玉米秸秆木质素所得的主要产物为甲苯、二甲苯、苯甲醚及三种愈创木酚类产物。其中甲苯、邻二甲苯、对二甲苯为木质素中间体在镍电极上发生电催化加氢反应得到的还原产物,优化反应条件为:在35℃时,1 mol/L氢氧化钠溶液中玉米秸秆木质素浓度为40 g/L,两电极间施加电流密度30 mA/cm2,反应时间为10 h时,木质素分子量不断被降低的同时,甲苯产率为36.1 g/kg-lignin,邻二甲苯产率为12.1 g/kg-lignin,间二甲苯产率10.3g/kg-lignin,苯甲醚产率为9.5 g/kg-lignin。
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