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随着经济社会的高速发展,人类对化石能源的需求日益增长。木质素是唯一能直接制备芳香族化合物的可再生天然有机物,被视为石化资源的理想替代品。造纸工业每年产生大量木质素副产物,但由于其结构复杂、产物多样、反应活性差等原因,仅有约5%得到利用。木质素催化湿式氧化技术是实现其高值化利用的有效方法之一,但传统氧化工艺常采用搅拌反应釜作反应器,受限于其传质混合性能,导致目前氧化工艺存在产物收率低、反应时间长等问题。本论文以纳米CuO为催化剂,利用超重力技术强化气-液传质的特点实现对木钠氧化过程的强化。分别研究了搅拌反应器(STR)和内循环超重力机(RPB)内不同因素对木质素氧化产物收率的影响规律,并建立纳米CuO催化木质素磺酸钠氧化动力学模型,为其工业化提供理论依据,主要结论如下:(1)在STR内进行纳米CuO催化木质素磺酸钠氧化降解工艺研究。考察了催化剂种类和用量、反应时间、氧气分压、反应温度、木钠浓度、转速以及NaOH溶液浓度对芳香醛收率的影响规律,得到较优操作条件:5 wt.%CuO-B催化剂、木钠浓度50 g/L、反应温度150℃、氧气压力0.4 MPa、转速800 rpm、2.0 mol/LNaOH溶液、反应时间30 min。该条件下,香草醛的收率为1.88%(G-木质素含量的48.5%),丁香醛的收率为4.46%(S-木质素含量的42.2%)。(2)STR内进行氧分压0.2-0.6 MPa、木钠浓度30～60 g/L、温度130～150℃C范围内木质素磺酸钠氧化动力学研究。结果表明,在实验条件下,G-木质素催化氧化属于二级连串平行反应。根据阿仑尼乌斯公式拟合实验数据得到动力学参数,两步氧化反应的活化能分别为30.5 kJ·mol-1和19.6 kJ·mol.1,该反应为快速反应,反应速率受氧传质控制。G-木质素催化氧化的动力学方程为:dcG/dt=632.7e-3664/T CGPO[mol·L-1.min-1]dcV/dt=632.7e-3664/T CGPO-9.7e-2354/T CVPO mol·L-1·min-1](3)在STR内纳米CuO催化木质素氧化研究的基础上,以内循环RPB为实验装置,进行纳米CuO催化木质素磺酸钠氧化降解工艺研究。系统考察了反应时间、RPB转速、氧气分压对芳香醛收率的影响规律,存在一个较优操作条件:木钠浓度50 g/L、反应温度150“C、初始氧分压为0.4 MPa、催化剂量2.5 g/L、转速1000 rpm、2.0 mol/L NaOH溶液、反应时间40 min。该条件下,香草醛的收率为1.91%(G-木质素含量的49.5%),丁香醛的收率为3.78%(S-木质素含量的35.8%)。相同反应条件下对比上述两种工艺,在RPB工艺中香草醛达到最大得率的时间缩短,收率增加不明显,但丁香醛收率较低。