预处理生物质的热解试验研究

发布时间：2020-04-07 00:35

【摘要】：生物质具有可再生性、环境友好性与资源丰富等特点,开发利用生物质能具有重要意义。生物质通过热解可以获得具有重要用途的生物油,为了克服生物油存在含氧量高、酸性强等问题,本文进行了甲酸钙预处理生物质三组分及生物质的热解实验,研究甲酸钙预处理对生物质热解特性的影响。首先,以生物质三组分(纤维素、半纤维素和木质素)与4种生物质(玉米秆、稻秆、麦秆与木屑)为原料,对其进行甲酸钙预处理,通过傅里叶红外分析方法,研究甲酸钙预处理对其官能团结构的影响。傅里叶红外分析显示生物质具有纤维素、半纤维素和木质素的综合特征。经甲酸钙预处理后,表征β糖苷键和C-OH官能团的振动吸收峰减弱,乙酰基官能团消失,纤维素和半纤维素的结构稳定性受到影响,木质素苯环结构基本未受影响；而且甲酸钙预处理生物质中出现明显的羧酸根官能团。其次,在管式炉上进行了甲酸钙预处理纤维素、半纤维素和木质素样品的热解实验,考察甲酸钙预处理对三组分热解特性的影响。结果显示,在三组分的热解产物中,纤维素的生物油产率最高,木质素的半焦产率最高,三组分的最大生物油产率分别为0.613、0.395与0.373(g/g)。随着温度升高,三组分的半焦产物产率逐渐减少,气体产率逐渐增加,生物油产率先增加后减少。甲酸钙预处理使得三组分的半焦与气体产率增加,生物油产率减少,最大生物油产率较原样分别减少19.1%、6.1%与37.3%；并且甲酸钙预处理未改变三组分热解产物随温度的变化规律。甲酸钙预处理抑制了纤维素生物油中左旋葡聚糖与糠醛的生成,促进了羟基丙酮和乙酸的产生：明显减少了半纤维素生物油中乙酸、糠醛的含量,增加了环戊烯酮式等酮类物质的含量,其生物油酸性也显著减弱,pH值由1.1-1.4增加到4.2～4.7;导致木质素生物油中苯酚含量增加,并且促进了脱甲氧基反应,使得甲氧基取代基苯酚含量下降较多。最后,在管式炉上进行了甲酸钙预处理玉米秆、稻秆、麦秆和木屑样品的热解实验,研究了甲酸钙对生物质热解特性的影响。结果表明：4种生物质中,木屑的生物油产率最大,达到0.496(g/g)；玉米秆生物油产率达到0.447(g/g),高于其它2种秸秆类生物质。甲酸钙预处理使得4种生物质的半焦和气体产率增加,生物油产率减少。相比于秸秆类生物质,木屑的生物油中含有糖类物质,且苯酚类物质含量也较高。甲酸钙预处理明显减少了生物油中乙酸、丙酸、糠醛与左旋葡聚糖的含量,增加了羟基丙酮与环戊烯酮式等酮类物质的含量。同时,甲酸钙预处理明显减弱了生物油的酸性,并且对秸秆类生物质的改善作用更加明显,其中木屑生物油pH值从4.1--4.3增加到5.6-5.8,麦秆从2.4-2.7增加到5.0～5.3。酸洗去灰后麦秆经甲酸钙预处理后所得生物油酸度进一步减弱。
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK6

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