生物質催化熱解炭化的試驗研究與機理分析.pdf

1、隨著生物質固體廢棄物量的增多，土壤污染和退化問題的日益嚴峻，合理開發(fā)和利用生物質資源，研發(fā)新型有效的土壤修復劑已成為當前緊迫的研究課題。生物質炭對增加土壤碳庫貯量、提高土壤肥力以及維持土壤生態(tài)系統(tǒng)平衡意義重大，日益受到全世界的關注。熱轉化技術是實現生物質利用的最有效途徑，催化熱解被認為是改變生物質熱解條件和熱解產物分布與性質的最有效方法。
　　本文對生物質（水稻秸稈和竹廢料）的催化熱解炭化試驗和機理展開了系統(tǒng)的研究，主要研究內容及

2、成果如下:
　　1、對生物質原料的理化性質進行了分析，結果顯示:竹廢料有相對較高的纖維素和木質素含量，水稻秸稈則含有更多的半纖維素;工業(yè)分析顯示竹廢料的揮發(fā)份含量約為86％，水稻秸稈的灰分含量較大為15％;兩種原料中的N、S的含量均是微量的。
　　2、以生物質三種組分為原料進行熱重試驗，考察了七種添加劑(KOH、TiO2、CuCl、CaCl2、FeCl2、KCl和NaCl)和升溫速率對熱解特性的影響，并求取了熱解動力學參數。

3、結果顯示:半纖維素的熱解起始溫度最低，纖維素的最大熱解速率最高;KOH可顯著增大纖維素和木質素熱解固體產物的得率;CuCl主要是可降低木聚糖熱解溫度，增大木聚糖熱解速率;CaCl2可降低木聚糖和木質素熱解溫度，而FeCl2可降低聚糖熱解溫度。隨熱解升溫速率的增大，熱解曲線逐漸向高溫區(qū)移動，失重速率增大。
　　3、以水稻秸稈和竹廢料為原料進行熱重試驗，考察了KOH、TiO2和加熱速率的影響，并求取了熱解動力學參數，同時采用TG-FT

4、IR分析了兩種原料熱解過程中揮發(fā)性產物的析出特性。結果顯示:竹廢料熱解的起始溫度較低，熱解速率較快;水稻秸稈熱解的固體得率大，而竹廢料熱解的氣液得率高。竹廢料熱解反應的表觀活化能在172.04-233.48K J/mol之間，水稻秸稈熱解反應的表觀活化能在152.05-233.46KJ/mol之間。KOH可改變生物質熱重曲線， TiO2對失重曲線的影響不明顯;兩種生物質熱解的揮發(fā)性產物主要為CO2、 H2O、CO、CH4、烷烴和脂類、C

5、-O-C化合物和醛以及有機酸，竹廢料的揮發(fā)性產物量較大。
　　4、以水稻秸稈和竹廢料為原料，在自制的熱解反應器上進行熱解炭化試驗，結果顯示:竹生物質炭的得率在28-35％之間，水稻秸稈炭的得率在41-52％之間，常規(guī)熱解法較適宜于生物質熱解制炭;隨著熱解溫度的升高，炭得率逐漸減小;添加TiO2可略增大生物質炭的得率;而KOH的添加量較低時，可促進炭的得率，當添加劑的量大于30％的生物質量后，生物質炭得率反而下降，低溫熱解添加劑對炭

6、的得率影響較大;兩種添加劑均抑制液態(tài)產物的生成，但KOH能提高竹廢料熱解氣的得率。
　　5、采用儀器或化學的方法，分析了生物質炭的理化性質，得到如下結論:隨著熱解溫度的升高，生物質炭中碳元素含量增大，而氫和氧元素含量降低，而且竹生物質炭的碳元素含量遠遠高于水稻秸稈炭的;生物質炭均含有多種礦物質元素，水稻秸稈炭中礦物質元素含量均較高;兩種生物質炭均顯示出堿性，隨熱解溫度的升高，堿性增強，TiO2可降低生物質炭的pH值，而KOH則相反

7、;生物質炭表面含有多種官能團，包括O-H、C-O、芳香環(huán)的C=C等，隨熱解溫度升高炭中的脂肪族官能團消失，而芳香族官能團增大，當添加KOH后炭中出現了無機的碳酸根官能團;水稻秸稈炭的表面疏松多孔，溫度越高，生物質炭的表面越疏松，孔也越明顯，TiO2可促進炭表面的裂解程度;TiO2在生物質熱解前后晶型不變，而添加KOH的生物質炭中含有無機和有機鉀鹽，因此KOH與生物質熱解產物發(fā)生了化學反應，同時K具有催化作用?？梢奒OH催化生物質熱解可得

8、到一種富鉀生物質炭土壤修復劑材料，而TiO2與生物質熱解可得到一種含光催化劑的生物質炭基環(huán)保材料。
　　6、生物質熱解氣中有4種主要成分，H2、CO、CH4和CO2，在低溫熱解時CO2的含量最高;熱解溫度升高，CH4的含量明顯增大，可燃性氣體含量增大;添加KOH可顯著提高H2的得率，可進一步處理獲得H2，因此熱解氣的品質得到了提高。
　　7、水稻秸稈生物油的化學組成主要由酮類、酚類和烷烴類、糠醛、糠醇和脂構成;竹生物油的主要