基于化学组分与热解特性的褐腐木材降解程度分类研究

[目的]木材的生物学特性导致其易被褐腐真菌降解，木材的结构和性质随降解程度不同而变化。准确量化褐腐木材的降解程度，掌握解析褐腐程度与其化学组分、热解性能之间的关系对指导褐腐木材热化学转化利用至关重要。[方法]本研究利用密粘褶菌(Gloeophyllum trabeum)对云杉(Piceaa bies)和马尾松(Pinus Massoniana Lamb)样品进行不同时间的褐腐菌降解处理(0-18周)。采用傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、X-光电子能谱(XPS)和热重分析仪(TG)对褐腐木材的化学结构和热解特性进行分析。[结果]红外分析表明在褐腐降解过程中，半纤维素和纤维素等碳水化合物发生了不同程度的降解，初期以半纤维素的降解为主，XPS分析也证实了碳水化合物的降解致使O/C比值随降解时间的延长呈下降趋势。降解18周后，云杉和马尾松的O/C值由原样中的0.66和0.65分别下降至0.46和0.48，表明木质素在褐腐木材表面发生富集。利用主成分分析和分层聚类分析对红外光谱进一步解析，将不同降解时间的褐腐木材归类为三种降解程度;初级降解阶段(0-6周);中级降解阶段(10-14周);深度降解阶段(大于18周)。深度降解样品受树种影响较小，其化学组成的变异性减小。主成分分析表明PC1载荷与褐腐木材中的木质素含量高度相关(R2=0.98)，且PC1载荷的正向和负向分别与木质素和纤维素关联的红外特征峰有关。热重结果表明褐腐松木的残炭率随降解时间延长由原样的14.18％升高到36.79％，且残炭率与木质素含量高度相关(R2=0.95)。此外，褐腐降解过程中的纤维素降解和结构破坏会导致褐腐木材热解温度和初始活化能的下降。[结论]褐腐木材的热解特性与降解程度密切相关，本研究利用红外光谱建立了一种快速、简便的方法用于评估褐腐木材的化学组分和降解等级，以期优化褐腐木材的高效热化学转化利用。