食用菌菌糠的热解特性及动力学分析
发布时间：2021-08-18 15:01
为考察食用菌菌糠的热解特性和机理,该研究采用热重和热重-红外联用对香菇菌糠在氮气气氛下的热解特性进行研究,考察不同升温速率下菌糠的热重（TG）曲线和微分热重（DTG）曲线的变化规律,并对DTG曲线进行分峰分析,通过计算得到香菇菌糠热分解的反应活化能E、反应级数n及频率因子A,以及热解产物析出特性;在固定床上开展了香菇菌糠的定温热解试验,试验温度分别为500、550、600℃,并对三相产物产率和成分组成等进行了分析。结果表明:香菇菌糠热解可以分为3个阶段,水分析出段,热解段和炭化段,其中主要热解阶段为250～550℃,失质量率达到58%;升温速率对香菇菌糠热解影响不明显,但是随着升温速率的增大,试样的TG和DTG曲线向高温区移动;菌糠热解的表观活化能为66.33 kJ/mol,较低的表观活化能表明菌糠更容易发生热解。固定床定温热解结果表明菌糠热解气的主要成分为CO2、CO、CH4、H2,4种气体成分含量由高到低为:CO2、CO、CH4、H2;随着热解温度的升...
【文章来源】：农业工程学报. 2020,36(17)北大核心EICSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
不同升温速率下菌糠的热失质量曲线和b.DTG
第17期王国袖等：食用菌菌糠的热解特性及动力学分析303最大失质量速率随着升温速率的提高，逐渐减校上述这些变化与菌糠颗粒和外界之间的传热传质有关[23]。注：Ⅰ为半纤维素；Ⅱ为纤维素；Ⅲ为木质素。Note:Ⅰishemicellulose;Ⅱiscellulose;Ⅲislignin.图2香菇菌糠DTG曲线的高斯多峰拟合曲线Fig.2Gaussianmulti-peakfittingcurveofDTGcurveofSMS生物质颗粒导热性较差[24]，当样品被加热时，样品表面与颗粒内部之间会产生一个温度差。当升温速率较低时，外界热量有充足的时间从颗粒外部传递到颗粒内部，样品能够均匀受热分解，而随着热解升温速率的加快，热量从颗粒外部传递到颗粒内部的时间逐渐减少，增大了样品表面与颗粒内部之间的温度差[24-25]。此外，较高的升温速率使得菌糠中有机物受热分解不再是整体，而是趋向从外层到内层的热解过程，这也引起了菌糠最大失质量速率随着升温速率的提高而有所降低。上述原因共同作用导致了菌糠热分解相关参数随着升温速率的变化而发生改变[23]。表2不同升温速率下香菇菌糠热解热性参数Table2PyrolyticparametersofdifferenttemperatureareaofSMS样品Sample升温速率Heatingrate/(℃·min-1)初始热解温度InitialpyrolysistemperatureTi/℃最终热解温度FinalpyrolysistemperatureTf/℃最大失质量速率对应温度TemperaturecorrespondingtoMaximumweightlossrateTmax/℃最大失质量速率Maximumrateofweightloss/(%·min-1)51824853310.72101935033410.69202035173540.60352075313640.58菌糠SMS502175403680.562.1.2动力学分析对香菇菌糠热解进行动力学分析，图3给出了香?
ttemperatureareaofSMS样品Sample升温速率Heatingrate/(℃·min-1)初始热解温度InitialpyrolysistemperatureTi/℃最终热解温度FinalpyrolysistemperatureTf/℃最大失质量速率对应温度TemperaturecorrespondingtoMaximumweightlossrateTmax/℃最大失质量速率Maximumrateofweightloss/(%·min-1)51824853310.72101935033410.69202035173540.60352075313640.58菌糠SMS502175403680.562.1.2动力学分析对香菇菌糠热解进行动力学分析，图3给出了香菇菌糠3种成分在不同反应级数n的情况下的线性拟合。注：Y为反应速率常数；T为温度，K；n为反应级数。Note:Yisreactionrateconstant;Tistemperature,K;nisreactionorder.图3香菇菌糠不同成分热解动力学线性拟合Fig.3LinearfittingofdifferentcomponentsofSMS表3列出了经计算得到的菌糠热分解的表观活化能和指前因子等动力学参数。表3不同成分拟合峰的平行反应的动力学参数Table3Kineticparametersofparallelreactionsforeachfittingpeaks样品Sample拟合峰Fittedpeak反应级数Reactionordern活化能ActivationenergyE/(kJ·mol-1)指前因子Pre-exponentialfactorA/min-1线性度LinearityCR活化能ActivationenergyEm/(kJ·mol-1)Ⅰ189.083.2×1070.998Ⅱ1224.543.9×10180.997菌糠SMSⅢ1.533.00135.80.99966.33结合图3可以看出，香菇菌糠的反应级数n为1.5时拟合度最好，菌糠热解的表观活化能为66.33kJ/mol。姜海峰等[23]研究结果表明菌糠热解的表观活化能为68.99kJ/mol。
【参考文献】：
期刊论文
[1]菌糠的资源化研究与开发利用进展[J]. 刘宁,张桂芹,王奉强. 安徽农业科学. 2019(14)
[2]提高环境效益的食用菌菌渣循环再利用方式[J]. 黄武强,周红. 中国食用菌. 2019(01)
[3]食用菌菌糠再利用研究[J]. 薄璇. 农业开发与装备. 2018(12)
[4]菌糠的综合利用研究进展[J]. 陈锡,姜明,李双双,李川. 中国园艺文摘. 2017(08)
[5]食用菌菌糠利用的最新研究进展[J]. 李亚娇,孙国琴,郭九峰,王海燕,庞杰,解亚杰. 中国食用菌. 2017(04)
[6]不同温度下制备花生壳生物炭的结构性质差异[J]. 李飞跃,陶进国,汪建飞,李孝良. 环境工程学报. 2017(06)
[7]不同热解温度生物炭对Cd（Ⅱ）的吸附特性[J]. 王震宇,刘国成,Monica Xing,李锋民,郑浩. 环境科学. 2014(12)
[8]食用菌菌渣综合利用研究进展[J]. 董雪梅,王延锋,孙靖轩,黄文,倪淑君,张海峰,王金贺,孟祥海. 中国食用菌. 2013(06)
[9]热重红外光谱法考察木质生物质综纤维素热转化特性[J]. 任学勇,王文亮,白甜甜,司慧,常建民,田红星. 光谱学与光谱分析. 2013(09)
[10]水稻秸秆生物碳的结构特征及其对有机污染物的吸附性能[J]. 陈再明,陈宝梁,周丹丹. 环境科学学报. 2013(01)
本文编号：3350109
【文章来源】：农业工程学报. 2020,36(17)北大核心EICSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
不同升温速率下菌糠的热失质量曲线和b.DTG
第17期王国袖等：食用菌菌糠的热解特性及动力学分析303最大失质量速率随着升温速率的提高，逐渐减校上述这些变化与菌糠颗粒和外界之间的传热传质有关[23]。注：Ⅰ为半纤维素；Ⅱ为纤维素；Ⅲ为木质素。Note:Ⅰishemicellulose;Ⅱiscellulose;Ⅲislignin.图2香菇菌糠DTG曲线的高斯多峰拟合曲线Fig.2Gaussianmulti-peakfittingcurveofDTGcurveofSMS生物质颗粒导热性较差[24]，当样品被加热时，样品表面与颗粒内部之间会产生一个温度差。当升温速率较低时，外界热量有充足的时间从颗粒外部传递到颗粒内部，样品能够均匀受热分解，而随着热解升温速率的加快，热量从颗粒外部传递到颗粒内部的时间逐渐减少，增大了样品表面与颗粒内部之间的温度差[24-25]。此外，较高的升温速率使得菌糠中有机物受热分解不再是整体，而是趋向从外层到内层的热解过程，这也引起了菌糠最大失质量速率随着升温速率的提高而有所降低。上述原因共同作用导致了菌糠热分解相关参数随着升温速率的变化而发生改变[23]。表2不同升温速率下香菇菌糠热解热性参数Table2PyrolyticparametersofdifferenttemperatureareaofSMS样品Sample升温速率Heatingrate/(℃·min-1)初始热解温度InitialpyrolysistemperatureTi/℃最终热解温度FinalpyrolysistemperatureTf/℃最大失质量速率对应温度TemperaturecorrespondingtoMaximumweightlossrateTmax/℃最大失质量速率Maximumrateofweightloss/(%·min-1)51824853310.72101935033410.69202035173540.60352075313640.58菌糠SMS502175403680.562.1.2动力学分析对香菇菌糠热解进行动力学分析，图3给出了香?
ttemperatureareaofSMS样品Sample升温速率Heatingrate/(℃·min-1)初始热解温度InitialpyrolysistemperatureTi/℃最终热解温度FinalpyrolysistemperatureTf/℃最大失质量速率对应温度TemperaturecorrespondingtoMaximumweightlossrateTmax/℃最大失质量速率Maximumrateofweightloss/(%·min-1)51824853310.72101935033410.69202035173540.60352075313640.58菌糠SMS502175403680.562.1.2动力学分析对香菇菌糠热解进行动力学分析，图3给出了香菇菌糠3种成分在不同反应级数n的情况下的线性拟合。注：Y为反应速率常数；T为温度，K；n为反应级数。Note:Yisreactionrateconstant;Tistemperature,K;nisreactionorder.图3香菇菌糠不同成分热解动力学线性拟合Fig.3LinearfittingofdifferentcomponentsofSMS表3列出了经计算得到的菌糠热分解的表观活化能和指前因子等动力学参数。表3不同成分拟合峰的平行反应的动力学参数Table3Kineticparametersofparallelreactionsforeachfittingpeaks样品Sample拟合峰Fittedpeak反应级数Reactionordern活化能ActivationenergyE/(kJ·mol-1)指前因子Pre-exponentialfactorA/min-1线性度LinearityCR活化能ActivationenergyEm/(kJ·mol-1)Ⅰ189.083.2×1070.998Ⅱ1224.543.9×10180.997菌糠SMSⅢ1.533.00135.80.99966.33结合图3可以看出，香菇菌糠的反应级数n为1.5时拟合度最好，菌糠热解的表观活化能为66.33kJ/mol。姜海峰等[23]研究结果表明菌糠热解的表观活化能为68.99kJ/mol。
【参考文献】：
期刊论文
[1]菌糠的资源化研究与开发利用进展[J]. 刘宁,张桂芹,王奉强. 安徽农业科学. 2019(14)
[2]提高环境效益的食用菌菌渣循环再利用方式[J]. 黄武强,周红. 中国食用菌. 2019(01)
[3]食用菌菌糠再利用研究[J]. 薄璇. 农业开发与装备. 2018(12)
[4]菌糠的综合利用研究进展[J]. 陈锡,姜明,李双双,李川. 中国园艺文摘. 2017(08)
[5]食用菌菌糠利用的最新研究进展[J]. 李亚娇,孙国琴,郭九峰,王海燕,庞杰,解亚杰. 中国食用菌. 2017(04)
[6]不同温度下制备花生壳生物炭的结构性质差异[J]. 李飞跃,陶进国,汪建飞,李孝良. 环境工程学报. 2017(06)
[7]不同热解温度生物炭对Cd（Ⅱ）的吸附特性[J]. 王震宇,刘国成,Monica Xing,李锋民,郑浩. 环境科学. 2014(12)
[8]食用菌菌渣综合利用研究进展[J]. 董雪梅,王延锋,孙靖轩,黄文,倪淑君,张海峰,王金贺,孟祥海. 中国食用菌. 2013(06)
[9]热重红外光谱法考察木质生物质综纤维素热转化特性[J]. 任学勇,王文亮,白甜甜,司慧,常建民,田红星. 光谱学与光谱分析. 2013(09)
[10]水稻秸秆生物碳的结构特征及其对有机污染物的吸附性能[J]. 陈再明,陈宝梁,周丹丹. 环境科学学报. 2013(01)
本文编号：3350109
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