一种碱木质素分解反应器及分解方法

本发明涉及碱木质素处理，具体涉及一种碱木质素分解反应器及分解方法。

背景技术：

1、碱木质素作为唯一含有苯环的天然可再生芳香聚合物，具备大量芳香结构而备受关注，可持续制备芳香族化合物以及燃料的理想原料在生物质的高值化利用层面有着重要意义，在日常技术中广泛应用。但是，由于其化学结构复杂、分子量大且种类繁多，造成以往的解聚技术条件都较为苛刻，使得碱木质素的利用在一定程度上受到受限。

2、近年来，木质素的降解法的传统方法主要包括生物降解法、物理降解法、化学降解法。生物降解法的优势在于条件较为温和，但酶活等条件使得该方法只能在特定途径降解；物理降解法主要通过对微波和超声波相关参数的改变来调节反应，可在一定程度上降低能源成本，然而暂时无法大规模应用。化学降解法是目前使用最多的手段，具有转化率高、选择性好的优点，但囿于昂贵的催化剂和苛刻的反应条件，使其反应过程比较复杂。

3、等离子体法通过引入催化剂或者借助外加能量产生如oh、1o2和o3等具有氧化性的活性氧(ros)解聚高分子化合物。其中，经过研究者们的不断探索，等离子体法中的介质阻挡放电等离子体(dbd)技术可产生强电场、大量高能电子、紫外光等物理作用，还能产生活性氧(如oh、1o2和o3等)等化学作用，通过这些效应，能使有机物分子断键、开环，甚至矿化生成二氧化碳和水。这些物化效应理论上可使碱木质素中的单体连接键断裂得到保留苯环结构的产物，甚至使其结构中的芳环开环断裂为小分子产物，从而有效提高碱木质素的利用。

4、目前，应用于碱木质素降解的介质阻挡放电等离子体(dbd)技术主要为单介质阻挡放电技术。拉比亚-穆阿扎姆等利用微泡反应器壳体产生的臭氧激活木质素解聚成有价值的化合物和化合物，解决了产物复杂混合等缺点，表征结果表明回收木质素的芳香环和脂肪侧链均发生部分氧化。该反应器壳体较大的优点是等离子体由产生区转移到反应区的过程中臭氧损失较小，微反应器壳体中的玻璃微珠能提高反应器壳体内介电常数，然而其放电过程较不均匀，高压电极容易被腐蚀。周等将dbd与fenton体系相结合在乙醇介质下降解木质素，在乙醇表面局部放电产生的高能环境非常适合木质素的解聚，产物富含芳香烃、二羧酸及其衍生物。设计的乙醇直接接地和间接接地两款反应装置，优点在于直接将实验仪器改造成反应装置，并在颈口引入水冷装置，缓和体系在放电中的升温过程，但缺点在于放电不均匀，无论是溶液直接接地还是间接接地都易造成高压电级的腐蚀。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足，本发明要解决的技术问题是提供一种碱木质素分解反应器及分解方法，能对木质素进行有效分解，同时，在分解过程中，能均匀放电，从而减少对反应器壳体电极的损坏。

2、为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：一种碱木质素分解反应器及分解方法，包括：

3、反应器壳体，具有连通的溶液反应区和等离子体产生区；

4、电极，所述电极位于所述等离子体产生区内，所述电极的正极和负极能产生均匀电场以与放电气体作用产生出活性物种；

5、电源，与电极连接，用于为电极提供电源，及

6、搅拌装置，在分解过程中，能对所述溶液反应区的木质素溶液进行搅拌，从而使木质素溶液中的碱木质素与所述活性物种接触反应。

7、进一步地，还包括水冷装置，所述水冷装置用于对反应器壳体进行降温并使所述反应器壳体内温度恒定。

8、进一步地，还包括示波器，所述示波器与所述电源连接，用于将电信号转换成可视图像。

9、进一步地，还包括变压器，所述变压器与所述电源连接，用于稳定所述电源的电压和调节电压大小。

10、进一步地，所述搅拌装置为磁力搅拌反应器壳体，所述反应器壳体至于所述磁力搅拌反应器壳体。

11、进一步地，所述电极包括多个实心铜棒，每个所述实心铜棒外均套设有绝缘保护套，且相邻的所述实心铜棒的正级和负级交错设置。

12、进一步地，所述反应器壳体上设置有与所述溶液反应区连通的进液管和出液管，所述反应器壳体上设置有与所述等离子体产生区连通的进气管和出气管。

13、一种碱木质素分解方法，采用上所述碱木质素分解反应器，包括：

14、将一定浓度的木质素溶液放入溶液反应区内，并启动搅拌装置；

15、向反应器壳体内通入放电气体；

16、将电极与电源连接，并接地；开启电源放电并产生均匀电场，反应器壳体内产生活性物种，活性物种能与溶液中的木质素反应；

17、保持电源的放电频率为8.11khz，调整电压、控制反应时间，完成降解。

18、进一步地，在处理过程中，使反应器壳体内部的温度为恒温。

19、进一步地，在处理过程中，采用的碱木质素的浓度为2.0g/l、采用电源的电压为11.5kv、并将反应时间控制为25min。

20、本发明的有益效果：

21、上述碱木质素分解反应器及分解方法，使用时，将一定浓度木质素溶液放入溶液反应区110内，随后向等离子体产生区120通入放电气体如空气，接着将电极200与电源300连接并接地；在调整输入调整电压、调整放电频率后，开启搅拌装置400，则可进行放电反应进行分解反应，在处理的过程中，搅拌装置400对木质素溶液进行搅拌，使木质素溶液中的木质素与活性物种充分接触反应，主要产物为芳香化合物，直至反应完成。

22、采用此分解器，在搅拌装置的作用下，木质素溶液中的碱木质素能充分与活性物种充分接触反应，通过搅拌装置协同等离子体处理进行木质素分解，可大大的提高分解率，从而提高木质素的运用；同时，由于电极的正极和负极能产生均匀电场，则可使反应器壳体内放电均匀，从而减少对反应器壳体的电极的损坏。

技术特征：

1.一种碱木质素分解反应器，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的碱木质素分解反应器，其特征在于，还包括水冷装置，所述水冷装置用于对反应器壳体进行降温并使所述反应器壳体内温度恒定。

3.根据权利要求1所述的碱木质素分解反应器，其特征在于，还包括示波器，所述示波器与所述电源连接，用于将电信号转换成可视图像。

4.根据权利要求1所述的碱木质素分解反应器，其特征在于，还包括变压器，所述变压器与所述电源连接，用于稳定所述电源的电压和调节电压大小。

5.根据权利要求1所述的碱木质素分解反应器，其特征在于，所述搅拌装置为磁力搅拌反应器壳体，所述反应器壳体至于所述磁力搅拌反应器壳体。

6.根据权利要求1所述的碱木质素分解反应器，其特征在于，所述电极包括多个实心铜棒，每个所述实心铜棒外均套设有绝缘保护套，且相邻的所述实心铜棒的正级和负级交错设置。

7.根据权利要求1所述的碱木质素分解反应器，其特征在于，所述反应器壳体上设置有与所述溶液反应区连通的进液管和出液管，所述反应器壳体上设置有与所述等离子体产生区连通的进气管和出气管。

8.一种碱木质素分解方法，其特征在于，采用权利要求1-7所述碱木质素分解反应器，包括：

9.根据权利要求8所述的碱木质素分解方法，其特征在于，在处理过程中，使反应器壳体内部的温度为恒温。

10.根据权利要求9所述的碱木质素分解方法，其特征在于，在处理过程中，采用的碱木质素的浓度为2.0g/l、采用电源的电压为11.5kv、并将反应时间控制为25min。

技术总结
本发明公开了一种碱木质素分解反应器及分解方法，分解反应器包括反应器壳体、电极、电源和搅拌装置，反应器壳体具有连通的溶液反应区和等离子体产生区；电极所述电极位于所述等离子体产生区内，所述电极的正极和负极能产生均匀电场以与放电气体作用产生出活性物种；电源与电极连接，用于为电极提供电源，搅拌装置在分解过程中，能对所述溶液反应的木质素溶液进行搅拌，从而使木质素充分与所述活性物种接触反应。分解方法采用本碱木质素分解反应器进行木质素处理，能分解木质素，同时，在降解过程中，能均匀放电，从而减少对反应器壳体电极的损坏。

技术研发人员：苏小东,高渝萌,黄瑶瑶,张燕,张珊
受保护的技术使用者：重庆科技学院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15