木质素作为木质纤维材料中热值最高的组分和唯一可再生的芳香类化合物,是一种有希望可部分代替化石燃料的生物质可再生资源,具有较高的开发利用潜能。目前关于木质素高值化利用的技术尚不成熟,木质素热解气化和液化在实际生产中仍然存在木质素热解产物选择性差、目标产物得率低等问题。为了提高木质素的利用价值,本文对木质素中含量最高的含氧官能团（甲氧基、酚醛基、醇羟基、醚键）开展了一系列系统全面的探究,明确了其在木质素热解过程中的演化规律和对热解产物的影响机制。首先对热解-气相色谱-质谱联用装置（Py-GCMS）进行了改造,并用其探究了木质素在热解过程中不同温度阶段的热解产物。同时使用热重红外联用、红外光谱仪和固体核磁检测了木质素热解过程中气体和固体产物的演化情况。研究发现木质素热解过程中会发生醚键断裂、碳碳键断裂、侧链不饱和键脱除和甲氧基的均裂、重排反应,这些反应导致木质素热解在不同温度阶段的挥发产物组分和产量都有很大的不同。木质素初次热解产生的水会参与到二次热解反应中,并且木质素在二次热解反应中会产生较多的甲烷。木质素热解残渣会随着热解温度的升高逐渐脱氢脱氧,导致热解残渣中官能团逐渐减少,碳元素不饱和度逐渐升高。同时木质素热解反应前期反应活化能较低且缓慢升高,在木质素热解后期随着木质素转化率的升高其活化能迅速增加。探究了热解过程中木质素含氧官能团在HZSM-5沸石和活性炭催化下的演变情况。使用Py-GCMS探究了两种催化剂对木质素热解产物的影响,并通过对热解产物官能团的归纳分析探究了快速热解时不同的催化模式下木质素官能团的演变情况。研究发现HZSM-5沸石可以促进甲氧基转化为甲基或完全脱除,且有较强的脱羟基能力;活性炭可以促进甲氧基转化为酚羟基。在催化剂:木质素=1:1原位催化模式下,HZSM-5沸石催化可以脱除25%的甲氧基和30%的酚羟基,而活性炭催化使甲氧基转化为酚羟基量以及酚羟基脱除量分别提高6%和7%。对木质素热解的催化效果受到催化剂添加量、催化/热解温度和催化模式的影响。HZSM-5沸石可以减少木质素热解焦炭产量,并降低木质素热解后期的活化能。活性炭催化会增加木质素热解焦炭产量,并升高木质素热解后期的活化能。分别使用硫酸二甲酯和碘环己烷对木质素进行改性,制备了不同酚羟基含量和甲氧基含量的改性木质素,通过对其热解产物的分布和组分的变化以及热解特性的变化,分析了酚羟基和甲氧基在木质素热解过程中的作用。并使用木质素模型化合物探究了两种官能团在木质素热解中的作用机理。实验结果发现:硫酸二甲酯用量为5 m L/g木质素时可以使木质素中95%的酚羟基甲基化,并使木质素热解焦炭的产量降低21.4%。碘环己烷用量为0.4 g/g木质素时可以使木质素中15%的甲氧基脱甲基变为酚羟基,并使木质素热解焦炭产量下降5.6%。酚羟基和甲氧基都是造成木质素热解结焦的关键因素,但是作用机理完全不同,酚羟基脱氢形成醌型结构是木质素热解结焦的关键原因,而甲氧基不是木质素热解结焦的必要因素,但是甲氧基的存在可以促进酚羟基导致的结焦反应;同时酚羟基和甲氧基作为给电子基团对木质素热解的芳香族化合物的结构有明显影响,升高苯环电子云密度可以有效促进无侧链芳香族热解产物生成,并且升高苯环电子云的密度会抑制木质素热解过程中的结焦反应。使用四种侧链结构不同的木质素二聚体模型化合物探究了木质素侧链酮基和醇羟基对木质素模型物热解的影响。结果表明:木质素侧链官能团在热解过程中相互影响。C_β位的CH₂OH基团会增加C_α=O型和C_α-OH型模型物的热解焦炭的产率,并增加了其反应的复杂性。不同的是C_α位酮基和CH₂OH基团相互作用改变了醇羟基在较低温度下生成水和甲烷的反应,转而生成甲醛和甲烷。同时CH₂OH基团的加入导致C_α=O型模型化合物的热解活化能升高,并且热解不再产生苯甲醛类物质。而C_α位醇羟基和CH₂OH基团相互作用促进了醇羟基的脱除反应和侧链C-C键的断裂,使模型物在更低的温度下产生水和甲烷。并且C_α-OH型模型化合物在C_β位增加CH₂OH基团后其热解活化能会降低。