碱金属对生物质热解特性的影响

发布时间：2021-09-29 03:39

　　以稻秆、谷壳为原料,经硝酸酸洗后使用KCl和NaCl浸渍处理,采用热重分析仪和傅里叶红外光谱联用（TG-FT-IR）对经过不同处理的样品的热解以及热解气体产物进行分析,探讨了碱金属对生物质热解特性的影响。对比稻秆与谷壳原样、酸洗样和碱金属溶液浸渍样的热解TG/DTG曲线与气体产物分布发现:KCl和NaCl溶液浸渍明显增加了样品中的K、Na元素含量,样品的主要热解失重区间前移,降低了热解最大失重速率; K⁺,Na⁺浸渍的稻秆和谷壳与酸洗样相比热解焦产率分别提高了5.3%、7.89%和10.95%、11.59%,热解焦产率氯化钠浸泡样>氯化钾浸泡样>原样>酸洗样,且K⁺热解催化能力强于Na⁺;K⁺、Na⁺浸渍样有利于生物质开环反应,促进了脱羧和脱羰反应,增加CO₂、CO和羟基酮的产生。 

【文章来源】：林产化学与工业. 2020,40(04)北大核心CSCD

【文章页数】：9 页

【部分图文】：

稻秆(a)和谷壳(b)的TG/DTG曲线

通过溶液浸渍对稻秆、谷壳添加氯化钠后发现,经氯化钠浸渍后稻秆和谷壳的热解最大失重温度分别降低到了331和317 ℃(图2)。热解 DTG 曲线的失重峰峰值同样是酸洗样<浸渍样<原料。900 ℃时氯化钠浸泡稻秆和谷壳的热解固体产物产率分别为35.54%和35.15%,比其氯化钾浸泡时的32.98%和34.51%略高。热解过程中,稻秆和谷壳酸洗样的挥发分初析温度在242 ℃,而浸渍样的挥发分初析温度则为 225 ℃,减小较为明显。结合稻秆、谷壳的原料、酸洗样以及碱金属溶液浸渍样的热解特性的分析比较来看,热解终温失重率是酸洗样>原料>浸渍样,热解焦产率大小是浸渍样>原料>酸洗样。生物质内无机形态赋存的钾、钠元素使热解主要失重区间所对应的温度段前移,挥发分初析温度降低,固体产物产率提高。经钾盐或钠盐溶液浸泡后的样品失重率减少、焦炭生成量增加及最大失重速率都明显低于酸洗样,但都没有低于原料,这是因为原料的热解反应是各金属元素及生物质组分的一系列并行反应的结果,而碱溶液浸泡是在酸洗脱除了碱金属及碱土金属的基础上进行的,只含有单一的高元素含量,影响了其热解过程。

纤维素与木质素的热解过程中也是类似的反应路径,木质素中甲氧基含量高使CH4在365 ℃出现较大的析出峰[18];H2O的析出也分别在干燥阶段和主热解阶段有两个峰。干燥阶段的游离水和吸附水蒸发速度随着温度升高而逐渐加快,在179 ℃时出现释放峰值,呈现第一个峰,第二个峰在250～350 ℃间形成,谷壳不同预处理样品的峰值温度都大约对应在300 ℃左右。样品剧烈分解的过程中水的释放特征也变得复杂,碱金属盐的浸渍抑制了水分的析出。在升温过程中,水析出的总体趋势是先增大后减小。其它含氧官能团气体的析出仅在热解阶段呈现单峰,主要是半纤维素和纤维素分解产生的[19]。图4 不同预处理稻秆气体产物和碳氧基团的FT-IR图


本文编号：3413125