生物质微波预处理及其热解特性研究

发布时间：2020-09-17 19:41

　　生物质预处理是热解前的加工环节,会对生物质的物化特性产生一定的影响,从而改变生物质热解过程及其产物的分布与性质。其中微波预处理以其快速、均匀、节能等特点而深受关注。农作物秸秆的高效率预处理是将其进一步转化成可用燃料的一个关键前提,也是有效控制热解产物特性的方法之一。本文在总结已有微波与化学法相结合的生物质预处理研究基础上,选择微波分别与去离子水、氨水稀溶液相结合的预处理方式,采用玉米秸秆作为原料,进行秸秆的微波预处理及其热解特性的研究,以期能够在探索提高生物质热解产物品质和产量的预处理技术方面做出一定的贡献。采用微波预处理和氨水预处理后的玉米秸秆样品,与原样进行物化特性的分析对比。SEM和比表面积的测试结果表明,180℃、30min的微波预处理破坏了玉米秸秆的整体结构,有效增大了原料的比表面积,丰富了样品的孔隙结构。元素和组分分析表明,微波预处理造成O/C比值的降低和H/C比值的增加,提升了原样的高位热值,提高了玉米秸秆中纤维素的含量,并且加剧了半纤维素的分解。FTIR和XRD测试结果显示,三种预处理方法都对玉米秸秆官能团与结晶度产生一定影响,破坏了原料的化学结构,而破坏作用的强度顺序为:MASASMW。采用热重红外联用技术对比分析了玉米秸秆原料以及经过不同预处理后样品的热解行为特性。相对于预处理后样品的热解过程,玉米秸秆原样热解的最终固体残留物质量最高,而最大失重率(DTGmax)的提高,也都说明了预处理有利于玉米秸秆样品的降解,其中微波预处理的效果更佳。红外吸收光谱仪对玉米秸秆热解过程中的挥发分产物进行实时监测发现谱图中吸收峰较多,说明在热解过程中得到的热解产物种类众多,并且经过预处理的样品热解挥发分产物的析出峰峰值减小,乙酸等物质含量降低。另外,通过等转化率法以及Malek法求得玉米秸秆预处理前后样品热解的表观活化能、频率因子和反应机理函数,也能得到一致的结论。微波预处理降低了热解的活化能,使得反应更容易发生。运用热裂解色谱质谱联用技术探究了玉米秸秆预处理前后样品热解的产物组成和产物分布。玉米秸秆热解的主要挥发性产物可以大致分为酸类、酮类、酚类、醛类、呋喃类和酯类。酚类化合物是所有样品中最主要的化学组分,酮类产物也十分丰富。经过预处理的样品,酚类物质含量减少。预处理可以促进纤维素和半纤维素的环形切割以形成轻醛,增加了醛类物质的含量。此外,微波预处理影响了半纤维素与纤维素之间的相互作用,从而对呋喃的形成具有积极作用。热解之前对玉米秸秆样品进行预处理,使得酸类含量大幅下降,尤其是乙酸在经过微波氨水预处理后被彻底去除,而酯类物质含量的增加则进一步说明微波预处理能够有效提升生物质热解产生生物油的品质。
【学位单位】：南京师范大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TK6
【部分图文】：

木质纤维素,结构示意图,纤维素

图１－１木质纤维素结构示意图Ｍ逡逑糖单元通过ｐ－ｌ，４糖苷键线性连接形成的相互作用，并可以形成结晶区域和无定型为（Ｃ６Ｈ１Ｃ）０５）ｎ，其中ｎ为聚合度，天然０以上。纤维素在水、酸、碱或盐的水溶之间的内聚力减弱，固体变得松软，体以利用这一性质对纤维素进行碱性降解物。纤维素链中每个葡萄糖基环上有三个。因此，纤维素可以发生一系列与羟基有类是纤维素链的降解反应，包括纤维素子辐射和生物降解等，一类是与纤维素的酯化、醚化、亲核取代、接枝共聚和ａｌ丨从化学结构的明确叙述才真正揭示了物的聚糖类，它们分别含有一至几种糖糖基或半乳糖基等构成的基础链，而其

木质纤维素,纤维素,半纤维素,木质素

以被ＧＣ观察到。这两种技术被用来估算生物质原料和预处理样品的热解特性。逡逑１．４生物质预处理技术逡逑从木质纤维素的组成（表１－１）和结构（图１－１）来看，木质素结构十分复杂，逡逑半纤维素和木质素通过共价键联结成网络结构，纤维素与半纤维素被木质素包裹，逡逑并且纤维素具有高度有序的晶体结构，要直接对纤维素进行转化相当困难。木质逡逑纤维素中包含了五碳糖、六碳糖及芳香类化合物等多种结构单元，这种结构组分逡逑的化学多样性为从木质纤维素生产不同的化学产品提供了可能。因此，无论采取逡逑何种工艺分解利用纤维素，都必须首先对木质纤维素原料进行预处理，打破纤维逡逑素、半纤维素及木质素之间牢固的相互作用（如图丨－２）。木质纤维素预处理的基逡逑本目的就是使纤维素、半纤维素和木质素分离开，切断他们的氢键，降低纤维素逡逑的聚合度、结晶度，破坏木质素、半纤维素的结合层，脱去木质素，增加有效比逡逑表面积

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【参考文献】