發(fā)布時間：2021-02-26 21:46

　　采用TGA Q500熱分析儀和傅里葉變換紅外光譜儀聯(lián)用技術(shù),對生物油蒸餾殘渣在不同升溫速率下的熱解動力學特性進行分析研究。結(jié)果表明:生物油蒸餾殘渣熱解可分為小分子物質(zhì)揮發(fā)析出、大分子物質(zhì)裂解和焦炭產(chǎn)生3個階段,熱解產(chǎn)物主要為水、烷烯烴、CO₂和芳香類物質(zhì)。在不同升溫速率10、20、30℃/min下,熱解主要階段反應(yīng)級數(shù)均為2級,活化能分別為74.19、72.52和69.05 kJ/mol。隨著升溫速率的增大,熱重曲線整體向高溫區(qū)移動,熱解主要階段活化能逐漸減小。 

【文章來源】：太陽能學報. 2019,40(04)北大核心

【文章頁數(shù)】：6 頁

【圖文】：

2下生物油蒸餾殘渣的TG-DTG曲線Fig.1TG-DTGcurveofbio-oildistillationresiduesinN2升溫速率為20℃/min

-1和1300~1800cm-1處對應(yīng)的水蒸氣特征峰，說明在這個階段失重主要是游離水析出過程。生物油蒸餾殘渣在熱解初始階段，首先析出物理吸收的水分，隨后發(fā)生脫水和解聚反應(yīng)。同時，熱解初始階段整個過程失重4.4%，略大于水分含量，從圖2可看到烷烯對應(yīng)的特征峰3000cm-1，說明初始階段已存在部分物質(zhì)裂解。第2階段的溫度范圍為145~550℃，期間出現(xiàn)了一個明顯的失重峰，為主熱解區(qū)，最大失重溫度為251℃，該段主要反應(yīng)為大分子物質(zhì)發(fā)生裂解，此階段失重達到60%，與揮發(fā)分比例接近。圖26min時生物油蒸餾殘渣熱解的FTIR譜圖Fig.2FTIRspectraofpyrolysisofbio-oildistillationresiduesat6min圖3為熱解過程中第2階段不同時間點采集的產(chǎn)物析出譜圖。從圖3可看出水蒸氣和CO2特征峰，主要是揮發(fā)的物質(zhì)發(fā)生脫羰基反應(yīng)，產(chǎn)生CO2、H2O和少量烷烯烴類物質(zhì)。CO2在主熱解階段溫度段均有析出，隨著溫度的升高，CO2產(chǎn)量逐漸增大，至1120s時達到最大值。同時，3100~2900、1800~1600、1500、1300~1100cm-1等范圍出現(xiàn)很強的吸收峰，分別是C—H伸縮振動、羰基C==O雙鍵伸縮振動、C—OH面內(nèi)彎曲振動、C—O和C—C骨架振動等，對應(yīng)各種烷烴類、醛類、酮類、羧酸類和醇類等物質(zhì)。由圖3可知，水的特征峰一直存在，說明該階段有水產(chǎn)生，這是由于生物油蒸餾殘渣熱解產(chǎn)物發(fā)生了縮合縮聚反應(yīng)。圖3中吸收峰強度基本均為先增強后減弱，根據(jù)同一條件下任一波長光的吸光度與樣品中各組分的濃度成正比［10］，說明生物油蒸餾殘渣熱解速率先增大后減小，與TG-DTG曲線圖一致。從圖3觀察到熱解過?

1116太陽能學報40卷圖3不同檢測時間生物油蒸餾殘渣熱解的FTIR譜圖（20℃/min）Fig.3FTIRspectraofpyrolysisofbio-oildistillationresiduesatdifferenttime（20℃/min）第3階段的溫度為550~750℃，質(zhì)量基本趨于穩(wěn)定不變，說明熱解已接近完全，剩余約25%的熱解焦炭。在該過程中，焦炭的產(chǎn)生主要是C—H鍵進一步斷裂和芳香化轉(zhuǎn)化過程，分解的部分產(chǎn)物縮合，失去取代基以及游離基團的相互作用，逐步形成石墨結(jié)構(gòu)。根據(jù)不同時間下生物油蒸餾殘渣逸出氣體紅外光譜的變化情況，進行分峰擬合處理［12］，通過測量峰面積來定量分析生物油蒸餾殘渣的裂解逸出氣體各官能團的變化情況。不同溫度下的紅外光譜分峰擬合圖相似，選取16min時紅外光譜圖，結(jié)果如圖4所示。測量各主要子峰的峰面積占總面積的百分比如表2。圖416min時生物油蒸餾殘渣紅外光譜分峰擬合圖Fig.4FTIRpeakfittingspectraofbio-oildistillationresiduesat16min表2生物油蒸餾殘渣氣相紅外光譜定量分析（%）Table2QuantitativeanalysisongasphaseFTIRspectraofbio-oildistillationresidues（%）時間/min14161820C—C3.075.778.864.12C—O2.466.137.144.02C==C4.604.666.414.82C==O3.8712.1915.668.61CO23.855.307.517.03CH3/CH27.966.726.237.21—OH6.655.229.376.15從表2中可觀察到在14~20min過程中，含有C—C、C—O、C==C、C==O、CO2和—OH的官能團所占峰面積比例出現(xiàn)先增加后減少的過程，與紅外光譜強度趨勢一致。CH3/CH2官能團所占峰?

【參考文獻】：
期刊論文
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博士論文
[1]干燥和烘焙預(yù)處理制備高品質(zhì)生物質(zhì)原料的基礎(chǔ)研究[D]. 陳登宇.中國科學技術(shù)大學 2013

碩士論文
[1]生物質(zhì)熱解焦炭理化特性的研究[D]. 馮冬冬.哈爾濱工業(yè)大學 2014



本文編號：3053220