化石燃料的迅速消耗導致全球能源危機，而生物質作為潔凈能源和高附加值化學品的原料受到廣泛關注[1-4].生物質具有儲量豐富、對環境污染小、低溫室效應等優點。然而，要實現生物質能源的充分利用，熱裂解是重要的技術手段之一。作為生物質三組分之一的木質素雖然含量不高，但熱解過程相對復雜，且可能與生物質其余組分有相互作用，所以對木質素熱解過程及其產物析出的研究具有重要意義[5].而熱重-傅里葉紅外光譜聯用技術（ TG-FT-IR） 不僅可獲得物質熱分解的失重與溫度關系，還可實時檢測物質熱分解氣相產物的組成，因而越來越受到研究者的重視，廣泛應用于化工、能源、材料等領域[6-8].
針對木質素的熱解，已有大量文獻進行了研究，姚燕等[9]利用熱重紅外聯用儀對木質素熱解失重過程及析出氣體進行研究，分析得到木質素熱解過程的活化能等。程輝等[10]研究了木質素熱解過程中產物半焦官能團的演化規律，進一步證明了木質素熱解的分段特征。潭洪等[11]對木質素熱解過程中的焦油產物進行考察，得到焦油產物的生成機理。
目前，關于木質素熱解過程中氣體產物的釋放機理的研究還較少，本實驗采用 TG-FTIR 聯用技術，對木質素的熱解過程及主要氣相產物進行分析，并深入探討了升溫速率、堿金屬鹽等因素對木質素熱解失重特性及主要氣相產物的釋放規律的影響。
1 實驗
1. 1 實驗樣品
實驗用原料為 Sigma Aldrich 公司提供的高純度脫堿木質素。將原料破碎篩分 0. 1 mm 以下，以消除熱解試驗中粒徑對熱擴散的影響。在 60 ℃帶通風的烘箱中烘干16 h,用密封袋封好，于5 ℃冰箱中保存待用。樣品的元素分析、工業分析見表 1.為考察堿金屬對木質素熱解特性的影響，將樣品與Na2CO3、CaCO3和 K2CO3物理摻混，摻混比為 5%.
1. 2 實驗儀器與方法
實驗主要采用熱重差熱綜合熱分析儀（ 瑞士生產的 METTLER TGA/STD 1） 和紅外光譜儀（ 美國生產的 NICOLET IS10） .采用程序升溫，分別采用 5、10、20、40 ℃ / min 的升溫速率將木質素從 50 ℃ 升溫到 900 ℃，采用高純 N2作為保護氣體，流量設置為50 mL / min,試樣質量在 15 mg 左右。
2 結果與討論
2. 1 木質素熱解特性及氣體產物析出規律
圖 1 為木質素在 10 ℃ /min 升溫速率下單獨熱解的 TG 和 DTG 曲線。由圖可以看出木質素熱解大致分為三個失重階段，脫除自由水階段、揮發分析出階段和深度熱裂解階段，其三個階段失重率分別為6% 、36% 、12% ,總失重為 54% .在揮發分析出階段可以看出 DTG 曲線呈現不對稱的肩峰和拖尾，說明此過程是多個反應綜合的復合反應。
圖 2 顯示了木質素熱解過程氣體產物的 FTIR三維譜圖。由圖 2 可以看出木質素在不同熱解階段析出的物質有很大不同。木質素初次揮發階段（ 200 ~550 ℃） 的熱解產物成分較為復雜，主要氣體產物為 H2O、CH4、CO 和 CO2等輕質氣體。木質素與苯環連接的甲氧基發生裂解，可生成 CO 和 CH4等小分子氣體； 木質素部分末端官能團和側鏈，如末端的-OH 鍵、-COOH 鍵和苯基 C-C 的斷裂，析出少量烴類氣體產物和大量含氧化合物，如水、CO和 CO2等[12].當熱解溫度繼續升高，在深度熱解階段（ 550 ~900 ℃） ,析出的主要氣體為 CO,此外繼續析出少量 CO2.這是因為芳香族化合物到 650 ℃左右時基本熱解完全，析出大量 CO,苯丙烷基團間的醚鍵等斷裂[13]和揮發分的二次裂解反應而生成。
