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为探究纤维素材料热化学转化过程，研究人员利用热重分析（TGA）和 Coats - Redfern 方法，对Butia monosperma废叶纤维素进行研究。发现不同纤维素热解区间不同，确定了最适模型及活化能等参数。该研究为其高值应用提供依据。
在自然界中，纤维素就像一位 “多面手”，广泛存在于各种生物体内，发挥着至关重要的作用。它具有良好的反应性、环境兼容性、无毒、高热稳定性、光学透明性、价格亲民以及可生物降解等诸多优点，这使得它在众多工业和科研领域都占据着重要地位。比如在材料科学领域，纤维素可用于制造各种高性能的复合材料；在能源领域，它有望成为制备生物燃料的优质原料。
然而，目前在对纤维素的研究中，仍存在一些亟待解决的问题。一方面，从不同生物质来源提取的纤维素，其成分和结构差异较大，这给精准研究和应用带来了困难。以陆地植物为例，其纤维素常被木质素污染，且分离成本较高；另一方面，对于纤维素在热化学转化过程中的动力学和热力学特性，人们的了解还不够深入。比如在热解过程中，不同类型纤维素的反应机制、活化能等关键参数尚不明确，这限制了纤维素在高效能源转化和新型材料制备等方面的应用。
为了深入探究这些问题，来自国内的研究人员开展了一项极具意义的研究。他们以Butia monosperma的废叶为研究对象，这种材料来源广泛且具有潜在的利用价值。研究人员通过一系列实验，对从Butia monosperma废叶中提取的纤维素进行了全面的动力学和热力学分析，相关研究成果发表在《Biomass and Bioenergy》上。该研究成果不仅为Butia monosperma废叶的高值化利用提供了理论依据，还为纤维素在热化学转化和先进复合材料制造等领域的应用开辟了新的道路。
研究人员主要运用了以下关键技术方法：首先，采用热重分析（TGA）技术，通过测量样品在加热过程中的质量变化，分析纤维素的热降解行为，获取热重曲线（Thermograms）和微商热重曲线（DTG）；其次，运用 Coats - Redfern 方法，并结合 21 种不同的反应机制模型，来确定纤维素热解过程的动力学参数和热力学性质；最后，利用傅里叶变换红外光谱（FTIR）和扫描电子显微镜（SEM）对纤维素的结构和形态进行表征。
下面来详细看看研究结果：
- 纤维素的提取与分离：研究人员从Butia monosperma废叶中成功提取出纤维素，并进一步将粗纤维素分离为 α - 纤维素和 β - 纤维素，其中 α - 纤维素占主导地位。
- 热降解行为分析：利用 TGA 技术对不同纤维素进行分析，发现粗纤维素的主要热解区间在 240 - 510°C，α - 纤维素在 210 - 465°C，β - 纤维素在 240 - 451°C。热重曲线中 30 - 250°C 的质量损失主要归因于水分和较轻化学碎片的蒸发。
- 动力学和热力学参数确定：运用 Coats - Redfern 方法和 21 种反应机制模型分析发现，DM 6 模型（Zhuravlev 方程）对粗纤维素和 β - 纤维素的热解数据拟合效果最佳；而 NM 4 模型（Avrami - Erofeev 方程，n = 2）最适合 α - 纤维素，且具有较高的 R2值。这些模型对应的活化能分别为：粗纤维素 76.84×103 J/mol，α - 纤维素 60.10×103 J/mol，β - 纤维素 139.78×103 J/mol 。此外，ΔH 为正值，表明热解过程需要外部能量驱动；所有 ΔG 值均为正，说明热解过程是非自发的；熵值为负，意味着产物结构在化学键断裂后的变化相较于原始反应物不太显著。
- 纤维素结构和形态表征：通过 FTIR 光谱和 SEM 图像对纤维素进行分析，结果显示纤维素骨架带有功能基团，并且从 SEM 图像中可以观察到其独特的形态结构。
研究结论和讨论部分意义重大。研究人员通过对Butia monosperma废叶纤维素的研究，明确了不同类型纤维素的热解特性、最适反应模型以及相关动力学和热力学参数。这不仅有助于深入理解纤维素的热化学转化机制，还为Butia monosperma废叶在热化学转化过程和先进复合材料制造等领域的应用提供了坚实的理论基础。未来，基于这些研究成果，可以进一步探索优化纤维素的转化工艺，提高其在能源和材料领域的利用效率，为可持续发展贡献更多力量。
