木质素与重油共热解的协同效应：动力学特性与产物组成的创新研究

本综述系统探讨了木质素与石油重油（HO）共热解的协同机制，通过TG-FTIR-MS联用技术与固定床实验揭示了共热解过程中活化能降低（Ea）、C–H峰增强及酚类/芳香化合物产量提升的现象，为生物质增值（valorization）与重油清洁转化提供了创新策略。

　　

Highlight

木质素与重油（HO）的互补特性使其共热解成为突破单独热解限制的有效策略。本研究通过TG-FTIR-MS联用系统与固定床实验，聚焦不同HO掺混比例（10%、30%和50%）下的动力学特性与协同效应。结果显示木质素（152.43°C–598.77°C）与HO（68.68°C–402.34°C）的热解温度范围显著重叠。基于FWO和DAEM方法的动力学分析表明，随着HO含量增加，共热解的平均活化能逐渐低于理论计算值。傅里叶变换红外（FTIR）分析显示C–H吸收峰强度增强而C–O峰减弱。当HO掺混比例达50%时，C–H吸收峰出现显著协同效应，证实了共热解的可行性。固定床实验进一步证明共热解提高了酚类和芳香化合物的产率，从而改善热解油的整体品质。

Materials

实验采用木质素（CAS No. 9005-53-2，上海阿拉丁生化科技有限公司）和HO（山东桥石化有限公司）作为原料。元素组成使用元素分析仪（Vario EL Cube，德国）测定，工业分析采用工业分析仪（SDTGA 8000，中国）完成。HO的SARA（饱和烃、芳香烃、胶质、沥青质）组成依据中国国家标准NB/SH/T 0509-2010进行分析。

Comparative thermogravimetric analysis of lignin and HO

木质素、HO及其混合物在10°C/min升温速率下的TG和DTG曲线如图2所示。相应的热解动力学参数总结于表2。木质素的热降解分为三个阶段：第一阶段（<200°C）因木质素基质中水分蒸发导致轻微质量损失（约6%）；第二阶段（200°C–550°C）是木质素的主要脱挥发分阶段，表现为单一DTG峰和最大质量损失速率；第三阶段（>550°C）涉及缓慢的碳化过程，残留物逐渐分解为焦炭。HO的热解主要发生在68.68°C–402.34°C之间，DTG曲线显示两个明显的峰：第一个峰（约200°C）归因于轻馏分的蒸发，第二个峰（约400°C）对应于重烃组分的裂解。

Conclusions

本研究通过原位TG-FTIR-MS结合固定床反应器实验探究了木质素与HO的热解行为。它们主要热解区的部分重叠证实了共热解的可行性，促进了烃类和含氧气态产物的释放。动力学分析显示，与其他掺混比例相比，HO50%的活化能降低最显著，表明测试比例中最强的协同相互作用。