[目的]高温热处理可使木材半纤维素部分降解,改善木材的尺寸稳定性.使用外源酸可降低木材半纤维素热降解温度,因此有必要明确其热降解规律.[方法]采用碱法分离的方式提取出杨木和杉木的半纤维素,通过傅里叶红外光谱仪和热重分析法研究引入外源酸条件下(两种外源酸AlCl3和H3PO4,每种外源酸的浓度分别为0.1和0.3 mol/L)半纤维素的热降解规律.[结果]碱法分离出的木材半纤维素,其红外谱图符合阔叶材和针叶材半纤维素的基本特征.经AlCl3和H3PO4处理后,相比未处理的半纤维素,羟基峰发生红移,且半纤维素的特征吸收峰强度显著降低.热重分析显示:两种外源酸预处理的木材半纤维素的起始降解温度(T5％)从200℃左右降低至95～150℃,且主要降解温度范围从200～300℃降低至100～150℃.在相同浓度下,AlCl3处理后半纤维素的T5％(150℃)大于H3PO4的(95℃).当AlCl3浓度增大时,半纤维素热分解速率加快,但T5％无明显变化.随H3PO4浓度增大时,半纤维素热分解速率和T5％均减小.相比未处理的杨木半纤维素热解活化能(199.68 kJ/mol)和杉木半纤维素热解活化能(231.12 kJ/mol),AlCl3和H3PO4处理后的热解活化能显著降低.在相同浓度0.3 mol/L的条件下,AlCl3处理后杉木半纤维素的平均活化能(112.31 kJ/mol)要低于H3PO4的(125.82 kJ/mol).[结论]本研究采用的两种外源酸均可显著降低半纤维素的热降解温度.总体来讲,AlCl3催化效果优于H3PO4,杉木半纤维素对H3PO4较为敏感.可根据针、阔叶材半纤维素的差异性选择不同的外源酸性介质作为催化剂,加速热解反应速率,从而为外源酸在木材低温热处理的应用提供一定的理论支撑.

磷酸;路易斯酸;催化;针叶材;阔叶材;半纤维素;热降解

雒翠梅;王旭洁;母军;漆楚生

木质材料科学与应用教育部重点实验室,北京林业大学材料科学与技术学院,北京 100083

北京林业大学学报

[1]雒翠梅;王旭洁;母军;漆楚生-.外源酸催化对木材半纤维素热降解规律的影响)[J].北京林业大学学报,2022(04):147-156

外源酸

酸催化,木材,半纤维素,热降解,降解规律,高温热处理,部分降解,尺寸稳定性,碱法,杨木,杉木,傅里叶红外光谱,红外光谱仪,热重分析法,AlCl3,H3PO4,谱图,图符,阔叶材,针叶材,未处理,基峰,红移,特征吸收峰,峰强度,酸预处理,T5,后半,热分解,分解速率,热解活化能,kJ,平均活化能,催化效果,性选择,酸性介质,热解反应,反应速率,低温热处理,路易斯酸

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