纤维素与木质素共热解行为研究及产物分析

利用热重分析仪和居里点裂解-气相质谱联用仪进行纤维素和木质素共热解实验,研究纤维素和木质素共热解过程中的相互作用及热解产物分布情况.结果表明:纤维素与木质素共热解过程中存在明显的相互作用,与热解温度和混合比例具有一定相关性.纤维素质量分数较低(30%)时,木质素和纤维素共热解时促进残渣的形成,而抑制了气相产物的形成,并提高了酚的相对产率;纤维素质量分数较高(70%)时,木质素和纤维素在共热解过程中相互促进,抑制了固体残渣的形成和非芳基化合物的形成.在低温区(200～320℃),木质素易活化产生小分子,与纤维素共热解时形成相互促进的作用加速了热失重过程;在高温区,纤维素与木质素共热解促进了残渣的形成,抑制了热解过程.     

超声波预处理下的稀酸-球磨系统降解桦木木屑

为研究木质纤维素水解技术,利用超声波结合稀酸球磨系统的方法降解桦木木屑.在pH=5的柠檬酸中处理36小时后,桦木木屑的还原性糖产率为130mg/g wood,主要的单糖组分为木糖、葡萄糖和甘露糖.利用X-射线衍射仪和紫外扫描仪对于球磨前后木屑的晶体结构和化学键变化进行表征,结果显示:稀酸球磨系统可以在常温常压下较好地水解木屑的木质纤维素.其中木质纤维素的结晶度明显降低,产生更多的不定形态纤维素,并且木质素部分被破坏,说明超声波预处理过程提高了纤维对化学试剂的可及性,促进木屑的糖化水解.     

生物质组分在催化快速热解中的相互影响

对纤维素、半纤维素、木质素及3者不同配比的自配生物质样品进行了热重分析与热解-气象色谱-质谱试验。分析了这3种生物质组分与ZSM-5分子筛进行催化热解反应时的相互影响。结果表明尽管纤维素、半纤维素、木质素初级热解产物不同,但在与ZSM-5分子筛催化热解时最终产物基本一致,主要是芳烃类化合物。然而,木质素组分在催化剂表面形成大量积炭并导致催化剂失活。因此木质素组分会影响纤维素与半纤维素组分在催化热解中的转化,导致生物质的整体转化效率下降,并且抑制作用随木质素含量的提高和反应时间的延长而增强。研究结果表明需要对木质素含量较高的生物质进行预处理,选择性去除木质素,提高生物质整体转化效率,降低催化剂失活。     

不同生物质木质纤维素的成分分析和比较

以玉米秸秆、中药残渣、林业废弃枝桠、木耳菌袋以及柳枝稷5种不同种类的生物质为原料,测定其纤维素、半纤维素、木质素的含量,通过对分析方法的建立,可快速得到不同生物质原料主要组分含量,筛选出纤维素含量高、木质素含量低的物种.实验结果表明：纤维素按其含量大小排列分别为：柳枝稷、玉米秸秆、木耳菌袋、枝桠、中药残渣;半纤维素含量：柳枝稷、玉米秸秆、枝桠、中药残渣、木耳菌袋;木质素含量：柳枝稷、枝桠、木耳菌袋、中药残渣、玉米秸秆.     

汽相酸水解糠醛渣制取乙酰丙酸实验研究

为了提高生物质各组分的综合利用率,利用生物质经汽相酸水解生产糠醛的残渣制备乙酰丙酸,通过对4种反应条件下的糠醛残渣进行纤维素分析,汽相酸水解制糠醛过程中纤维素的转化率可低于10%,且水解过程糠醛收率高于70%,乙酰丙酸收率高于50%;此外提高酸浓度和压力虽然提高了半纤维素的转化率,但过度的加压和提高酸浓度反而不利于后续乙酰丙酸的制备.     

利用微生物发酵生物质生产酒精工艺

生物质由纤维素、半纤维素、木质素和可溶性固形物组成,利用产纤维素酶的微生物或纤维素酶先将纤维素水解成可发酵性的糖,然后经微生物作用将其发酵成酒精。主要的工艺过程包括预处理、水解和发酵。     

低共熔溶剂(DES)分级分离木质纤维素组分新技术

采用低共熔溶剂（DES）预处理木质纤维素,以提高残渣纤维素的酶解糖化效率。以稻壳为原料,从6种DES （乳酸-甘氨酸、草酸-氯化胆碱、甲酸-氯化胆碱、乙酸-氯化胆碱、甘油-氯化胆碱、乳酸-氯化胆碱）中,筛选脱木素效果最好的两种DES,即甲酸-氯化胆碱和乳酸-氯化胆碱;然后,利用上述2种DES预处理稻壳、玉米芯、樟木、杉木、800 kGy玉米芯等5种生物质原料,评价DES预处理生物质分离"三素"效果,结果表明甲酸-氯化胆碱预处理玉米芯分离"三素"效果最好;最后,优化了甲酸-氯化胆碱预处理玉米芯分离"三素"工艺参数,最佳参数为：时间120 min,温度115℃,投料量10%（质量分数）。在优化条件下,残渣纤维素含量74.31%,木质素脱除率81.49%,木质素纯度77.07%,半纤维素完全水解。XRD分析表明,残渣纤维素为Ⅰ型纤维素,结晶度48.57%;残渣纤维素酶解糖化效率为98.56%。     

木质素热裂解特性及动力学研究

利用热重分析仪与气相色谱/质谱联用仪(TG-GC/MS)对木质素进行了动态升温热裂解研究。利用傅里叶变换红外光谱仪分析木质素微观结构,得到不同升温速率下的热重曲线,研究表明,木质素高温热裂解可以分为3个阶段,分别为干燥失水阶段、挥发分析出阶段和炭化阶段;随着升温速率的增加,各个阶段的最大失重率所对应的温度均向高温侧轻微移动,并且失重程度也随之增加;升温速率对木质素热裂解挥发分析出阶段机理模型的选择没有影响,其热裂解反应机理是一级反应控制机理,木质素热裂解挥发分析出阶段在不同升温速率下的表观活化能为54~63 k J·mol-1;对TG-GC/MS的联用提出了新的见解,设计加装了空气驱动阀,获得了主要热裂解气体产物CO,CO2,CH4和H2在不同温度下的析出规律。     

松木屑非等温热解动力学研究

通过热重分析法在不同升温速率(分别为10,30,50℃.min-1)下,采用非恒温热重法,以氩气为载气,流速60 mL.min-1,初温为30℃,加热终温为950℃.对粒径为80目的松木屑热裂解时的热失重行为进行了研究.结果表明:松木屑热解分为四个阶段,主要由预热干燥阶段、热解预热阶段、热分解阶段和热缩聚阶段4个阶段组成;生物质松木屑主反应阶段主要集中在180～600℃左右;随着升温速率的增大,松木屑原料热解的起始温度、热解最大速率所在的温度Tmax及热解终止温度都向高温处稍微移动.使用了Flynn-Wall-Ozawa积分法、Coats-Redfern积分法和Achar微分法对松木屑热解动力学参数进行求取,Flynn-Wall-Ozawa积分法得到的松木屑在热解过程中不同失重率下(0.1～0.80)的活化能都集中在142.35～220.12 kJ.mol-1范围内.按照Bagchi法对松木屑热裂解过程的最概然机理函数进行了推断.松木屑热裂解的最概然机理函数为15号机理函数随机成核和随后生长,反应级数n=2(Code:AE2),函数名称是Avrami-Erofeev方程.     

生物质高温热解气、液、固三相产物及碳烟生成特性

为了研究生物质高温热解气化特性,特别是在此过程中碳烟的形成机理,在一维沉降炉内对麦秆和杨树木屑于900~1 300℃进行高温热解,收集热解产生的气、液、固三相及碳烟产物,对热解产物的产率(产物与生物质干基的质量比)、形貌及组分进行分析,对比了两种生物质热解产物特性并重点分析热解碳烟的形成机理。结果表明,麦秆、木屑热解碳烟的产率随着温度的升高而升高,分别为0.28%~2.40%和0.34%~6.30%,热解焦炭的产率随着温度的升高逐渐降低,分别为2.8%~7.3%和0.29%~2.9%。木屑由于具有较高的木质素和纤维素组分,会产生更多的碳烟;麦秆由于具有高灰分和抽提物含量,会生成更多的焦炭。麦秆的不凝性气体产率为47%~69%,木屑的为59%~77%,热解产气率总体随温度的升高而升高。两种生物质热解的焦油产率均低于1.6%,温度升高至1 200℃时焦油完全转化,焦油的组分几乎均为芳烃类物质。生物质的热解过程中,在900~1 100℃时,碳烟的形成为小分子烃类气体裂解和大分子焦油缩聚机理共同作用的结果,在温度超过1 100℃时,增长的碳烟主要是通过小分子烃类气体裂解的途径生成。     

生物质松木锯末中低温还原高铁拜耳法赤泥

对生物质松木锯末和烟煤还原焙烧高铁拜耳法赤泥进行对比试验研究,包括还原温度、还原时间、还原剂用量对还原效果的影响.生物质松木锯末还原高铁拜耳法赤泥所需还原温度低而且还原时间短最终还原效果较好.试验通过热分析和X射线衍射、动力学研究结果揭示出生物质松木锯末中低温还原高铁拜耳法赤泥机理.同时确定了生物质松木锯末中低温还原的最佳还原条件.研究表明生物质松木锯末为赤泥质量分数的20%,还原温度为650℃,还原时间为30 min可将赤泥完全磁化.生物质松木锯末热重试验分析表明250~375℃温度区间为锯末热解的主要阶段,350℃左右热解速率达到最大,450℃后热解反应趋于平缓;烟煤热重试验表明300~700℃温度区间为烟煤热解的主要阶段,450℃左右热解速率达到最大,650℃后热解反应趋于平缓.动力学研究表明锯末在300~400℃区间热解表观活化能比烟煤热解表观活化能要低很多,说明在此温度范围内锯末比烟煤更加容易发生热解反应.生物质能够中低温还原高铁拜耳法赤泥,还原温度比煤基还原的还原温度低200℃左右.     

程序升温热重法研究神府高温煤焦-CO2气化反应性

在制焦温度为1223~1773 K内,制备了慢速和快速神府煤焦,采用程序升温热重法研究了煤焦-CO2高温气化反应性。主要研究了升温速率、制焦温度和热解速率对煤焦反应性的影响,并对一种高温慢速热解焦(制焦温度为1573 K)的程序升温和等温动力学进行了比较。结果表明:升温速率对煤焦-CO2气化反应有明显影响;制焦温度较高的煤焦反应性较低;快速热解有利于提高煤焦的反应性;由程序升温法和等温法所得活化能随转化率变化呈现不同的趋势,但所得活化能的平均值分别为160.13 kJ/mol和163.21 kJ/mol,十分接近。     

两种木质纤维水解渣的热解特性分析

对木粉酸水解残渣(WAHR)和木糖渣(XR)两种木质纤维水解残渣进行了基本物性分析,采用热重分析仪和自制的管式高温裂解炉探讨了这两种水解残渣及其母料的热解特性.结果表明:两种水解残渣较其母料有更高的碳含量,且WAHR的碳含量比XR高;两种水解残渣的组成和热解特性存在较大差异;XR的气相产物和液相产物产率在整个研究温度区间均高于WAHR,并且H2、CO、CO2、CH4、C2H4和C2H6的产率随温度变化的规律不同;两种水解残渣的液相产物种类相似,但相对含量存在差别;半焦样品的CO2气化反应活性随温度的升高而降低;原料的木质素含量越高,所得半焦样品的反应活性越低.     

喷动流化床生物质裂解液体产物的燃烧特性

对生物质在处理量为5kg／h的小型生物质喷动流化床快速裂解装置中获得的液体产物进行了组成和燃烧特性的分析。通过GC-MS技术分析,鉴定了其中的十四种化合物。它们多为芳香族含氧化合物。对生物质裂解油进行的热分析表明,其易于挥发和燃烧,而且燃烧时产生的灰量亦很少,随加热速率自々增加,燃烧的温度有所提高。研究了生物质裂解油的燃烧动力学,利用Ozawa-Flynn-Wall法,和Popescu法计算了裂解油在氧气气氛下的热解和燃烧动力学参数,两种方法计算自勺表观活化能基本一致。     

市政污水污泥催化热解特性研究

以CaO、ZnCl2、K2CO33种物质作为催化剂,对比热重法(TG)和差热分析法(DSC)研究干化污泥的催化热解过程及其动力学,同时对热解污泥进行了SEM分析.结果表明,与原始污泥样品相比,添加催化剂的污泥在固定碳燃尽阶段热解速率有较大提高.添加催化剂后污泥样品的活化能E和频率因子A都下降,以CaO的催化效果最好.添...     

木屑-石英砂喷动流化床内流动特性研究

为了开发喷动流化床生物质裂解反应器，建立了一内径为150mm的有机玻璃冷模实验装置，在室温下进行了生物质(木屑)和石英砂混合物在喷动流化床内的流动特性研究。考察了木屑、木屑与石英砂混合物的喷动流化现象。结果发现在喷动流化床其它条件相同时，床层中相同的木屑量，随石英砂量的增加，木屑的循环量减少；而相同的石英砂量，随木屑量的增加，石英砂的循环量增加。最小流化速度实验值与计算值相比略小但相差不大，可用Ergun公式预测床层的最小流化速度，但不能用Muthur公式来预测最小喷动速度，这是由木屑与石英砂颗粒混合物的性质和床层结构特性决定的。随着喷动气速和流化气速的改变，可观察到床内粒子表现出八种不同的流动状态：固定床区、流化床区、局部喷动床区、流化一局部喷动床区、喷动床区、喷动流化床区、喷动垂直输送区、喷动流化垂直输送区。     

基于热重法的纸张热老化特性分析及其评价模型

对纸张进行人工加速热老化,利用热重分析法(TG)对纸张热解过程进行分析,探讨了纸张在老化过程中的热失重特性.结果表明,纸张热解失重过程可分为纸张失水和纤维素热裂解失重两个阶段.TG动力学分析表明:未老化纸张的活化能最小,随着老化程度的加剧,活化能先增大后减小;随老化时间的延长和老化温度的升高,纸张的热稳定性变差,纸张热解转化率达0.5时的温度(θ0.5)逐步下降,纸张老化前后的θ0.5差值(Δθ0.5)逐步变大;纸张聚合度相对值(DP/DP0)与Δθ0.5存在指数量化关系,因此Δθ0.5可作为衡量纸张老化程度的一个参量.利用TG建立了一个快速量化评价纸张老化的模型,检验结果显示所得模型与实验数据吻合很好,模型具有较好的预测性.     

基于热重-傅里叶红外联用的油泥砂热解过程

油泥砂是油田开采、运输、冶炼过程产生的危险固体废弃物,造成了大量的土壤、水体和大气污染,热解是实现油泥砂高效转化利用的有效方式之一。利用热重-傅里叶红外联用分析仪（TG-FTIR）开展了油泥砂热特性机理和产物析出特性研究。结果表明：油泥砂热解过程可分为水分和部分轻质组分析出、有机物质析出、碳酸盐化合物分解3个阶段;升温速率的升高,受传热传质影响,油泥砂内部热滞后现象导致热解失重,热重（TG）和微商热重（DTG）曲线整体向高温区移动;热解过程析出CH₄、CO、CO₂、烷烯烃和芳香烃类等可挥发性物质。     

可降解地膜的热解和红外光谱特征分析

地膜降解性能是解决地膜"白色污染"的关键技术问题之一.采用热重(TG)和微分热重(DTG)分析对1种普通膜和3种可降解膜的热解过程进行研究,采用红外光谱法分析地膜在使用前后组成的变化.结果表明,4种地膜的热重曲线有相似,但也有所差异,说明降解膜与普通膜的基本组分相同,而添加组分有较大差异.从热重曲线可测算出生物降解膜中淀粉的含量约为21.05%,生-光双降解膜中碳酸钙含量约为10.91%.不同类型地膜的红外光谱不同,覆盖一定时期降解膜样品的红外光谱可显示出其组分和性状的一些变化.3种降解膜原样的羰基指数大小顺序为:生物降解膜>生-光双降解膜>光降解膜,这与它们在田间试验中的降解速率相同.热重是测定地膜组成的一种简便而有效的方法.地膜DTG曲线和红外光谱可作为普通膜与降解膜,以及不同类型降解膜之间的鉴别手段.羰基指数可作为评价地膜降解状况的指标.