以稻稈、谷殼為原料,經(jīng)硝酸酸洗后使用KCl和NaCl浸漬處理,采用熱重分析儀和傅里葉紅外光譜聯(lián)用（TG-FT-IR）對經(jīng)過不同處理的樣品的熱解以及熱解氣體產(chǎn)物進行分析,探討了堿金屬對生物質(zhì)熱解特性的影響。對比稻稈與谷殼原樣、酸洗樣和堿金屬溶液浸漬樣的熱解TG/DTG曲線與氣體產(chǎn)物分布發(fā)現(xiàn):KCl和NaCl溶液浸漬明顯增加了樣品中的K、Na元素含量,樣品的主要熱解失重區(qū)間前移,降低了熱解最大失重速率; K⁺,Na⁺浸漬的稻稈和谷殼與酸洗樣相比熱解焦產(chǎn)率分別提高了5.3%、7.89%和10.95%、11.59%,熱解焦產(chǎn)率氯化鈉浸泡樣>氯化鉀浸泡樣>原樣>酸洗樣,且K⁺熱解催化能力強于Na⁺;K⁺、Na⁺浸漬樣有利于生物質(zhì)開環(huán)反應,促進了脫羧和脫羰反應,增加CO₂、CO和羥基酮的產(chǎn)生。 

【文章來源】：林產(chǎn)化學與工業(yè). 2020,40(04)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：9 頁

【部分圖文】：

稻稈(a)和谷殼(b)的TG/DTG曲線

通過溶液浸漬對稻稈、谷殼添加氯化鈉后發(fā)現(xiàn),經(jīng)氯化鈉浸漬后稻稈和谷殼的熱解最大失重溫度分別降低到了331和317 ℃(圖2)。熱解 DTG 曲線的失重峰峰值同樣是酸洗樣<浸漬樣<原料。900 ℃時氯化鈉浸泡稻稈和谷殼的熱解固體產(chǎn)物產(chǎn)率分別為35.54%和35.15%,比其氯化鉀浸泡時的32.98%和34.51%略高。熱解過程中,稻稈和谷殼酸洗樣的揮發(fā)分初析溫度在242 ℃,而浸漬樣的揮發(fā)分初析溫度則為 225 ℃,減小較為明顯。結合稻稈、谷殼的原料、酸洗樣以及堿金屬溶液浸漬樣的熱解特性的分析比較來看,熱解終溫失重率是酸洗樣>原料>浸漬樣,熱解焦產(chǎn)率大小是浸漬樣>原料>酸洗樣。生物質(zhì)內(nèi)無機形態(tài)賦存的鉀、鈉元素使熱解主要失重區(qū)間所對應的溫度段前移,揮發(fā)分初析溫度降低,固體產(chǎn)物產(chǎn)率提高。經(jīng)鉀鹽或鈉鹽溶液浸泡后的樣品失重率減少、焦炭生成量增加及最大失重速率都明顯低于酸洗樣,但都沒有低于原料,這是因為原料的熱解反應是各金屬元素及生物質(zhì)組分的一系列并行反應的結果,而堿溶液浸泡是在酸洗脫除了堿金屬及堿土金屬的基礎上進行的,只含有單一的高元素含量,影響了其熱解過程。

纖維素與木質(zhì)素的熱解過程中也是類似的反應路徑,木質(zhì)素中甲氧基含量高使CH4在365 ℃出現(xiàn)較大的析出峰[18];H2O的析出也分別在干燥階段和主熱解階段有兩個峰。干燥階段的游離水和吸附水蒸發(fā)速度隨著溫度升高而逐漸加快,在179 ℃時出現(xiàn)釋放峰值,呈現(xiàn)第一個峰,第二個峰在250～350 ℃間形成,谷殼不同預處理樣品的峰值溫度都大約對應在300 ℃左右。樣品劇烈分解的過程中水的釋放特征也變得復雜,堿金屬鹽的浸漬抑制了水分的析出。在升溫過程中,水析出的總體趨勢是先增大后減小。其它含氧官能團氣體的析出僅在熱解階段呈現(xiàn)單峰,主要是半纖維素和纖維素分解產(chǎn)生的[19]。圖4 不同預處理稻稈氣體產(chǎn)物和碳氧基團的FT-IR圖


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