木素是一种很复杂的自然芳香族生物多聚物,约占地球总有机碳的30%,是为数不多的可用于生产芳香族化学品的可再生资源之一。解聚是木素实现高值转化为芳香族化学品或者成为生产低分子化工原料的重要途径。在众多的研究技术中,超临界解聚被认为是一种高效的解聚技术用于生物质解聚生产生物油和生物化学品。通过调控超临界流体的温度、压力和反应时间,可以调节解聚反应的条件,进而有选择性的控制产物中目标相的含量,同时还可以加入不同催化剂,对木素进行定向解聚。木素超临界解聚替代石化资源生产低分子物质近几年才引起人们的重视,主要是因为木素的多样化和木素结构的复杂性阻碍了木素的解聚。乙醇制浆木素被认为是最接近天然的木素结构,制备过程没有引入含金属、含硫、含氯等官能团,最能反映天然存在木素形态,对其解聚成小分子的透彻研究对木素超临界解聚机制提出具有重要指导意义。木素超临界解聚关键在于解聚过程中高效催化剂的开发,且催化剂在催化解聚木素的同时还应具备抑制缩合、加氢以及适宜的酸、碱功能。目前贵金属和过渡金属掺杂类催化剂在木素解聚中的研究较为广泛,其中金属掺杂的水滑石类催化剂因其特殊的层状结构备受关注。类水滑石化合物是一种层状的化合物,层板的化学组成具备可调控性,层间阴离子具备可交换性,基于类水滑石的这些特点,可根据需要在层板中引入合适的催化组分元素用作催化剂,也可经过进一步焙烧得到复合金属氧化物催化剂。基于以上背景,本论文的研究内容包括以下三个方面:(1)乙醇制浆木素制备采用杨木自催化乙醇法制浆的工艺条件,乙醇浓度60%,液比1:10,蒸煮温度设置为205℃,升温时间90 min,保温时间150 min。提取黑液中粗木素并处理得到纯净的乙醇制浆木素。用FT-IR对乙醇制浆木素进行表征。(2)催化剂制备采用化学共沉淀法,制备了不同n(Cu2++Mg2+)/n(Al3+)和 n(Mg2+)/n(Cu2+)比的铜掺杂类水滑石。用XRD、FT-IR、TG对样品进行分析,得出可形成类水滑石结构的n(Cu2++Mg2+)/n(Al3+)和n(Mg2+)/n(Cu2+)比的范围及其最佳离子比。将最佳离子比n(Cu2+)/n(Mg2+)/n(Al3+)=3:12:5的类水滑石在不同温度下焙烧,用XRD、SEM进行分析,表明在460℃左右焙烧得到的金属氧化物具有较好的片层结构。采用化学共沉淀法,在(Co2++Mg2+)/n(Al3+)=3 和 n(Ni2++Mg2+)/n(Al3+)=3 的情况下分别制备了 n(Mg2+)/n(Co2+)和n(Mg2+)/n(Ni2+)比不同的钴掺杂和镍掺杂类水滑石。用XRD、FT-IR、TG对样品进行分析,并用XRD对460℃焙烧后的样品进行分析。(3)乙醇制浆木素超临界乙醇催化解聚木素催化解聚反应采用容积为100mL的超临界反应器,反应条件为催化剂1g,木素2g,无水乙醇40mL,抽真空后加热至预设温度,反应一定时间后立即流动水冷却至室温。用GC-MS、FT-IR、NMR对木素解聚产物进行分析,得出不同金属掺杂催化剂、不同掺杂量催化剂、不同反应温度、不同反应时间对木素超临界催化解聚效果影响。实验结果表明:(1)杨木乙醇制浆木素苯环单元主要是紫丁香环,其次是愈创木环。(2)制备 Cu 掺杂类水滑石的条件为 2<n(Cu2++Mg2+)/n(Al3+)<4 且n(Mg2+)/n(Cu2+)≥2,当 n(Cu2++Mg2+)/m(Al3+)=3 且 n(Mg2+)/n(Cu2+)=4 时制备的铜镁铝水滑石结晶度最高,层状结构的有序性最好且含有相对较大的铜引入量,在460℃左右焙烧得到的金属氧化物具有较好的片层结构。金属(Cu或Co或Ni)掺杂类水滑石的热分解过程为温度低于200℃,仅失去物理吸附水、结晶水和层间的水分子;温度在250～650℃,-OH、CO32-和其它阴离子分别以H2O、CO2及对应的形式失去,层状结构完全破坏。插入金属(Cu或Co或Ni)掺杂类水滑石层间的CO32-离子不是真正自由的,CO32-离子和层间水分子之间具有很强氢键作用。(3)木素解聚产物复杂,可分为含苯环类、酯类、醇类和其他产物。主要发生了酯化和烷基化反应。乙醇溶剂在反应中作为封端剂和供氢剂。杨木乙醇制浆木素超临界乙醇催化解聚反应中,不同金属掺杂催化剂、不同金属掺杂量催化剂、不同反应温度、不同反应时间对解聚作用效果不同,各类产物含量随着反应条件的变化而发生较大变化。