生物質(zhì)水熱處理及產(chǎn)物理化特性的試驗研究.pdf

1、生物質(zhì)水熱炭化是目前利用生物質(zhì)能的重要方式之一，其不但能夠固存碳，對緩解能源短缺和環(huán)境污染乃至促進經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展也有著重要的意義。本文依托國家自然科學基金青年項目“濕解環(huán)境下生物質(zhì)濕解殘液中碳元素的遷移固存機制研究”對典型農(nóng)業(yè)廢物麥稈、城市綠化廢物草坪草和林業(yè)廢物梧桐樹葉的水熱炭化技術展開了全面、系統(tǒng)地研究，所做的工作主要有以下幾個方面：
　　(1)利用自動升溫高壓反應釜對三種生物質(zhì)進行了水熱炭化實驗，考察了反應溫度、停留時間和

2、液固比對生物質(zhì)水熱處理所得固體目標產(chǎn)物水熱焦、液體和氣體產(chǎn)物分布規(guī)律的影響，并以水熱焦碳含量、固定碳和碳固存率為基礎，分析了反應參數(shù)對目標產(chǎn)物碳固存特性的影響。結果表明提高反應溫度、延長停留時間和增加液固比，均會導致目標產(chǎn)物得率有所下降，但溫度的影響尤為顯著，過高的溫度易使水熱反應趨于液化，不利于碳的固存；由于原料特性的不同，草坪草、麥稈和梧桐樹葉在水熱過程中產(chǎn)物分布對溫度升高的響應依次減小。
　　(2)利用傅里葉紅外光譜儀、X射

3、線衍射儀、熱重分析儀、掃描電鏡和元素分析儀對麥稈水熱處理所得水熱焦的理化特性演變規(guī)律進行了研究，詳細分析了反應條件對水熱焦特征官能團、微晶結構、微觀形態(tài)和有機元素組成的影響規(guī)律及麥稈的水熱降解行為。發(fā)現(xiàn)隨反應強度的提高，麥稈水熱焦碳元素含量逐漸增加，芳香特性逐漸增強，并具有一定的熱穩(wěn)定性；隨著生物質(zhì)無定形組分的水解和降解，至反應溫度220℃和停留時間120 min的條件下呈現(xiàn)出了較好的結構特性。對生物質(zhì)水熱過程中水熱焦炭的形成有了一定的

4、認識。
　　(3)為了進一步了解生物質(zhì)水熱炭化機理和水熱產(chǎn)物的形成特性，采用高效液相色譜與質(zhì)譜聯(lián)用儀(HPLC-MS)、離子色譜和碘量法定量分析了麥稈水熱炭化液體產(chǎn)物主要組分濃度的分布，著重研究了水熱炭化主要影響參數(shù)反應溫度對液相產(chǎn)物形成和組分分布的影響。研究發(fā)現(xiàn)隨反應溫度的升高，液體產(chǎn)物中還原糖、糠醛和5-羥甲基糠醛濃度逐漸升高，至220℃以后均有所下降，乙酸濃度一直呈增加的趨勢，乙酸對生物質(zhì)水熱反應起著催化的作用，而還原糖類化