通過固定床反應(yīng)器作核桃殼熱解試驗,采用熱重分析儀研究核桃殼炭燃燒特性�；赥G-DTG曲線分析核桃殼炭燃燒特性,采用一級反應(yīng)動力學(xué)模型和Coats-Redfern積分法擬合計算結(jié)果,由擬合結(jié)果可知,相關(guān)系數(shù)（R）均高于0.9,證明一級反應(yīng)動力學(xué)可較好描述核桃殼炭燃燒動力學(xué)特性。結(jié)果表明,核桃殼炭活化能在53.32～63.48 kJ·moL^-1,隨著熱解溫度升高,核桃殼炭燃燒所需活化能逐漸增加,著火溫度和燃盡溫度均升高,綜合燃燒特性指數(shù)（S）減小。 

【文章來源】：東北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報. 2018,49(11)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

核桃殼炭燃燒TG和DTG曲線Fig.1TGandDTGcurvesofbiocharpreparedfromwalnutshells01002003004005006007008009000-10溫度（℃）Temperature0100200300400500600700800900溫度（℃）Temperature

圖2核桃殼炭燃燒線性曲線Fig.2Linearcurvesofcombustionofbiocharpreparedfromwalnutshells關(guān)系如圖2所示。核桃殼炭在燃燒反應(yīng)之前，氣相反應(yīng)物均勻分布在固體顆粒間隙，假設(shè)濃度一致，核桃殼炭燃燒反應(yīng)過程在孔隙之間均勻發(fā)生。燃燒反應(yīng)前，固體顆粒外形及內(nèi)部結(jié)構(gòu)保持不變，隨著燃燒反應(yīng)進行，固體顆粒發(fā)生一定程度變化，內(nèi)部結(jié)構(gòu)變形，官能團斷裂，小分子物質(zhì)重組，揮發(fā)分物質(zhì)析出，導(dǎo)致固體顆粒孔隙結(jié)構(gòu)通透，孔隙率增大，氣固相反應(yīng)物質(zhì)接觸面積增大，燃燒過程中反應(yīng)速率加快，反應(yīng)溫度升高提高反應(yīng)活性分子活躍度，氣固相反應(yīng)物之間反應(yīng)速率加快。因此，在燃燒反應(yīng)前期核桃殼炭失重速率逐漸增大，失重明顯。在燃燒反應(yīng)后期，由于反應(yīng)過程中轉(zhuǎn)化率增大，較難反應(yīng)物質(zhì)逐漸增多，可反應(yīng)易燃物質(zhì)減少，反應(yīng)溫度升高導(dǎo)致核桃殼炭內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)破壞，孔隙率減少，氣固相反應(yīng)物之間反應(yīng)界面縮小，隨著反應(yīng)溫度升高，核桃殼炭內(nèi)部逐漸形成穩(wěn)定大分子平面碳網(wǎng)結(jié)構(gòu)，穩(wěn)定性逐漸增強，核桃殼炭燃燒難度增大，反應(yīng)速率降低，失重趨于平緩。隨著熱解溫度增大，核桃殼炭中小分子物質(zhì)逐漸析出，與內(nèi)部結(jié)構(gòu)重組，核桃殼炭熱穩(wěn)定性增強；同時揮發(fā)性物質(zhì)析出也會導(dǎo)致原料中活性物質(zhì)減少，氣固相反應(yīng)物之間反應(yīng)活性下降，燃燒過程中反應(yīng)速率降低，因此隨著熱解溫度升高，核桃殼炭燃盡時間延長，燃盡溫度升高，與TG和DTG曲線變化一致。采用最小二乘法對熱重試驗曲線作線性擬合得到不同熱解溫度下回歸方程，根據(jù)相關(guān)運算方法可計算活化能E和指前因子A，結(jié)果見表3。由表3可知，線性擬合相關(guān)系數(shù)R均在95%以上，說明線性回歸合理，結(jié)果可靠。從表3中數(shù)據(jù)可以看出，核桃殼炭活化能由400℃55.83kJ

煅燒。試驗時，取干燥箱中備好核桃殼炭樣品（8±1）mg均勻放入熱重分析儀坩堝中，以干燥空氣作為反應(yīng)氣體，氣體流量為30mL·min-1，升溫速率為10℃·min-1，反應(yīng)終溫為800℃，升溫過程中使用儀器初始溫度等待功能，等待溫度為30℃。試驗中儀器自動記錄樣品質(zhì)量損失，通過質(zhì)量損失曲線微分得到失重速率曲線。2結(jié)果與分析2.1核桃殼炭熱重曲線分析不同熱解溫度下制備核桃殼炭燃燒TG和DTG曲線如圖1所示。圖1可知，不同溫度下制備核桃殼炭燃燒失重過程一致，燃燒過程分為脫水、燃燒、燃盡3個階段。由室溫到260℃，核桃殼炭中水分逐漸析出，少量揮發(fā)分緩慢燃燒，失重量緩慢降低，為核桃殼炭脫水階段；隨著反應(yīng)溫度升高（260~600℃），核桃殼炭失重量增大，占燃燒失重過程80%，為固定碳燃燒階段；隨著反應(yīng)溫度升高（>600℃），殘留微量固定碳在灰分中緩慢燃燒，直至燃盡，曲線水平平滑，樣品質(zhì)量幾乎沒有變化，說明固定碳燃燒已經(jīng)結(jié)束，為燃盡階段，燃盡殘渣主要是不燃燒堿性金屬等物質(zhì)，由表1可知，隨著熱解溫度升高，核桃殼炭中灰分物質(zhì)增加，但差別不大，與TG曲線反應(yīng)結(jié)果一致。通過比較不同熱解溫度下制備核桃殼炭TG曲線可見，隨著熱解溫度升高，核桃殼炭著火溫度和燃盡溫度升高。原因是熱解過程中，核桃殼中內(nèi)部水分發(fā)生脫除反應(yīng)，半纖維素、纖維素以及木質(zhì)素等有機物質(zhì)在熱解過程中反應(yīng)相互疊加，其中，半纖維素和纖維素穩(wěn)定性較差，反生脫羰基和交聯(lián)等系列反應(yīng)，原料內(nèi)部會形成穩(wěn)定芳環(huán)化結(jié)構(gòu)，生成少量石墨微晶碳和大量揮發(fā)性氣體，如水、二氧化碳和小分子碳氫化合物；而大量木質(zhì)素則會發(fā)生脫氫脫氧反應(yīng)，分解后主要生成物是碳、少量揮發(fā)?

【參考文獻】：
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本文編號：3107205