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化石能源的日益消耗和随之产生的环境污染问题,使可再生生物质资源的利用越来越受到世人关注。木材作为自然界中储量最丰富的可再生生物质资源之一,在国民生活和生产中有极为广泛的用途。本研究针对目前木材处理加工工艺中资源消耗大、环境污染严重的问题,研究开发了基于离子液体的木材转化利用新工艺,深入考察了木材在离子液体1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐(AmimCl)中的溶解再生和均相乙酰化反应,采用13C CP/MAS NMR、FT-IR、XRD、TGA、SEM等手段对再生、酰化木材产品进行了结构、性能分析表征。主要研究内容与进展如下:
1.研究了松木、杨木、梧桐、楸木四种木材在AmimCl中的溶解与再生行为,考察了溶解时间、温度、浓度、微波等工艺条件对木材溶解率、再生率的影响。研究结果表明四种木材在AmimCl中均可实现部分溶解,其中松木的溶解再生效果最佳；最优条件下,松木的溶解率和再生率分别可达50％和36％,再生松木的纤维素纯度可达85％。分析结果表明,木材经离子液体处理后变为无定性态多孔结构,说明离子液体破坏了木材分子内和分子间的氢键；再生松木中纤维素含量最高,呈致密均匀的膜状结构。
2.研究了AmimCl中松木的乙酰化反应,实现了不外加催化剂条件下,松木的全组分直接乙酰化。考察了反应时间、温度、酰化剂配比等工艺条件对松木乙酰化反应的影响规律,酰化松木重量增加比(WPG)最高可以达到156％。分析结果表明,木材中纤维素和木质素均发生了乙酰化反应,乙酰化木材呈现由细小颗粒堆积的粉末结构,并保持了良好的热稳定性。
3.研究了溶解再生及乙酰化后离子液体的再生循环,研究结果表明通过活性炭吸附、抽滤、旋蒸和干燥等简单操作手段可实现离子液体回收,回收的离子液体经1HNMR和FT-IR表征没有结构变化。使用回收的离子液体进行了木材的溶解再生及乙酰化性能研究表明,回收和新鲜离子液体中得到的再生、酰化木材的结构性能一致。