夏威夷果壳热解特性实验研究
发布时间：2022-02-12 16:42
夏威夷果壳是一种农产品加工剩余物,随意处理会造成资源的极大浪费。采用同步热分析仪和红外光谱仪对夏威夷果壳的热解过程进行了研究,使用Coats-Redfern法计算了热解动力学。实验结果表明:夏威夷果壳的挥发分（78.67%）、木质素（42.81%）和C元素（47.45%）含量均较高,其主热解温度区间在275～410℃,热解总失重率为76.31%。随着升温速率的增加,热解反应的活化能和频率因子均增大,分别由58.737 kJ·mol-1、11.689 min-1增加到59.796 kJ·mol-1、43.773 min-1,线性拟合系数均在0.99以上。傅里叶红外光谱仪对果壳热解固体产物进行了红外光谱分析,实验还表明夏威夷果壳的热解温度区间在300～500℃,热解过程主要是纤维素、半纤维素和木质素的解聚,与热重分析结果相一致。
【文章来源】：科学技术与工程. 2020,20(07)北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
夏威夷果壳在氮气氛围下热解TG-DTG曲线
表4 不同升温速率下夏威夷果壳热解特性参数Table 4 Pyrolysis characteristic parameters of macadamia shells at different heating rates 升温速率/(℃·min-1) 初始温度/℃ 残余质量/% 总失重率/% 最大失重速率点 主要热解阶段 温度/℃ 速率/(%·min-1) 温度区间/℃ 失重/% 10 265 23.14 75.86 365.89 8.10 265～395 57.07 20 275 23.43 75.57 382.56 15.57 275～410 56.82 30 285 23.25 75.75 389.34 23.89 285～421 56.31 50 295 22.86 76.14 390.89 39.68 295～441 58.352.3 热解动力学分析
本次试验选用20 ℃/min的升温速率,保温时间30 min,选取了300、400、500 ℃三个热解终温,将其不同终温下热解后的固体产物与原料进行红外光谱分析,对比红外光谱图,见图3,研究夏威夷果壳在不同热解温度下的变化趋势和各官能团的变化情况。结合相关文献[20-21]和图3中夏威夷果壳原料红外光谱图中吸收峰的位置,可以看出夏威夷果壳原料在1 020 cm-1处有C—O的伸缩振动和1 396 cm-1处有—CH3平面弯曲振动,都表明有纤维素和半纤维的存在;在1 594 cm-1 的C＝C伸展振动、1 521 cm-1处的苯环振动峰和1 208 cm-1处的C—O—C振动峰证明了有木质素的存在,因为木质素是由3种苯丙烷单元通过醚键和碳碳键连接的复杂的三维网状化合物[22]。由此也证明,夏威夷果壳作为生物质,构成其主要成分为纤维素、半纤维素和木质素。当热解终温为300～400 ℃,位于3 347 cm-1左右的—OH吸收峰呈现出明显的降低趋势,说明有游离水析出,500 ℃时对应水蒸气的吸收峰完全消失,说明果壳内部结晶水需要400 ℃以上才能被完全热解。当温度升高到300 ℃,吸收峰的变化并不明显,但随着热解终温的升高,300～400 ℃在1 594、1 396、1 310、1 208、1 020 cm-1处吸收峰都在减弱或消失,反应最后仅剩几个吸收峰,且吸收度较低,这说明随着热解反应的进行,各组分含量发生变化,纤维结构也产生了变化,纤维素、半纤维素与木质素相继被热解,原料的高分子化合物基本上已经分解成小分子,说明了果壳的主要热解阶段的温度区间为300～400 ℃。热解温度达到500 ℃时,该温度下的热解固体产物中大部分的吸收峰基本消失,但1 208、1 594 cm-1处还存在微弱的吸收峰,说明果壳内部还存在少量的木质素未被热解,从而也反映出木质素是生物质组分中最难热解的部分,与前面热重分析结果也相吻合。
【参考文献】：
期刊论文
[1]生物质能源产业发展研究动态与展望[J]. 余智涵,苏世伟. 中国林业经济. 2019(03)
[2]油泥与微藻生物质掺混共热解动力学研究[J]. 巩志强,杜爱勋,王振波,孙治谦,房佩文,王磊,王振通,李晓宇. 石油学报(石油加工). 2019(02)
[3]木质生物质催化热解制备富烃生物油研究进展[J]. 郑志锋,郑云武,黄元波,卢怡,王珍,李文斌,李水荣,林鹿. 林业工程学报. 2019(02)
[4]花生壳热解过程及几种动力学分析方法比较[J]. 马明硕,曾晓丹,徐利,高艳,金星. 化工技术与开发. 2019(02)
[5]木质素化学改性制备缓释肥料的研究综述[J]. 宋祥,陈介南,张林,詹鹏. 江苏农业科学. 2019(02)
[6]杏壳热解特性及其动力学分析[J]. 田景科,张利亚,李伊光,薛蕾,马壮,祝曼玉,程灿,王留成. 可再生能源. 2019(01)
[7]典型生物质热解特性实验研究[J]. 邓尚洵,解海卫,张艳,张晶. 石油化工应用. 2018(12)
[8]生物质热解实验及其动力学研究[J]. 解海卫,张晶,张艳,邓尚洵. 能源与节能. 2018(11)
[9]我国澳洲坚果研究的文献计量学分析[J]. 李穆,杨祥燕,蔡元保,郑文武,曾黎明,唐莹莹,吴超,叶维雁. 农业研究与应用. 2018(01)
[10]谷子秸秆的热解特性及傅里叶红外光谱分析[J]. 鄂爽,巴浩楠,马瑞洁,陈东雨,刘璐,高冬笑,黄顺朝. 沈阳农业大学学报. 2017(06)
硕士论文
[1]微波辐助制备木质活性炭及对活性蓝吸附性能研究[D]. 杜春凤.石河子大学 2017
本文编号：3622069
【文章来源】：科学技术与工程. 2020,20(07)北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
夏威夷果壳在氮气氛围下热解TG-DTG曲线
表4 不同升温速率下夏威夷果壳热解特性参数Table 4 Pyrolysis characteristic parameters of macadamia shells at different heating rates 升温速率/(℃·min-1) 初始温度/℃ 残余质量/% 总失重率/% 最大失重速率点 主要热解阶段 温度/℃ 速率/(%·min-1) 温度区间/℃ 失重/% 10 265 23.14 75.86 365.89 8.10 265～395 57.07 20 275 23.43 75.57 382.56 15.57 275～410 56.82 30 285 23.25 75.75 389.34 23.89 285～421 56.31 50 295 22.86 76.14 390.89 39.68 295～441 58.352.3 热解动力学分析
本次试验选用20 ℃/min的升温速率,保温时间30 min,选取了300、400、500 ℃三个热解终温,将其不同终温下热解后的固体产物与原料进行红外光谱分析,对比红外光谱图,见图3,研究夏威夷果壳在不同热解温度下的变化趋势和各官能团的变化情况。结合相关文献[20-21]和图3中夏威夷果壳原料红外光谱图中吸收峰的位置,可以看出夏威夷果壳原料在1 020 cm-1处有C—O的伸缩振动和1 396 cm-1处有—CH3平面弯曲振动,都表明有纤维素和半纤维的存在;在1 594 cm-1 的C＝C伸展振动、1 521 cm-1处的苯环振动峰和1 208 cm-1处的C—O—C振动峰证明了有木质素的存在,因为木质素是由3种苯丙烷单元通过醚键和碳碳键连接的复杂的三维网状化合物[22]。由此也证明,夏威夷果壳作为生物质,构成其主要成分为纤维素、半纤维素和木质素。当热解终温为300～400 ℃,位于3 347 cm-1左右的—OH吸收峰呈现出明显的降低趋势,说明有游离水析出,500 ℃时对应水蒸气的吸收峰完全消失,说明果壳内部结晶水需要400 ℃以上才能被完全热解。当温度升高到300 ℃,吸收峰的变化并不明显,但随着热解终温的升高,300～400 ℃在1 594、1 396、1 310、1 208、1 020 cm-1处吸收峰都在减弱或消失,反应最后仅剩几个吸收峰,且吸收度较低,这说明随着热解反应的进行,各组分含量发生变化,纤维结构也产生了变化,纤维素、半纤维素与木质素相继被热解,原料的高分子化合物基本上已经分解成小分子,说明了果壳的主要热解阶段的温度区间为300～400 ℃。热解温度达到500 ℃时,该温度下的热解固体产物中大部分的吸收峰基本消失,但1 208、1 594 cm-1处还存在微弱的吸收峰,说明果壳内部还存在少量的木质素未被热解,从而也反映出木质素是生物质组分中最难热解的部分,与前面热重分析结果也相吻合。
【参考文献】：
期刊论文
[1]生物质能源产业发展研究动态与展望[J]. 余智涵,苏世伟. 中国林业经济. 2019(03)
[2]油泥与微藻生物质掺混共热解动力学研究[J]. 巩志强,杜爱勋,王振波,孙治谦,房佩文,王磊,王振通,李晓宇. 石油学报(石油加工). 2019(02)
[3]木质生物质催化热解制备富烃生物油研究进展[J]. 郑志锋,郑云武,黄元波,卢怡,王珍,李文斌,李水荣,林鹿. 林业工程学报. 2019(02)
[4]花生壳热解过程及几种动力学分析方法比较[J]. 马明硕,曾晓丹,徐利,高艳,金星. 化工技术与开发. 2019(02)
[5]木质素化学改性制备缓释肥料的研究综述[J]. 宋祥,陈介南,张林,詹鹏. 江苏农业科学. 2019(02)
[6]杏壳热解特性及其动力学分析[J]. 田景科,张利亚,李伊光,薛蕾,马壮,祝曼玉,程灿,王留成. 可再生能源. 2019(01)
[7]典型生物质热解特性实验研究[J]. 邓尚洵,解海卫,张艳,张晶. 石油化工应用. 2018(12)
[8]生物质热解实验及其动力学研究[J]. 解海卫,张晶,张艳,邓尚洵. 能源与节能. 2018(11)
[9]我国澳洲坚果研究的文献计量学分析[J]. 李穆,杨祥燕,蔡元保,郑文武,曾黎明,唐莹莹,吴超,叶维雁. 农业研究与应用. 2018(01)
[10]谷子秸秆的热解特性及傅里叶红外光谱分析[J]. 鄂爽,巴浩楠,马瑞洁,陈东雨,刘璐,高冬笑,黄顺朝. 沈阳农业大学学报. 2017(06)
硕士论文
[1]微波辐助制备木质活性炭及对活性蓝吸附性能研究[D]. 杜春凤.石河子大学 2017
本文编号：3622069
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