夏威夷果殼是一種農產品加工剩余物,隨意處理會造成資源的極大浪費。采用同步熱分析儀和紅外光譜儀對夏威夷果殼的熱解過程進行了研究,使用Coats-Redfern法計算了熱解動力學。實驗結果表明:夏威夷果殼的揮發(fā)分（78.67%）、木質素（42.81%）和C元素（47.45%）含量均較高,其主熱解溫度區(qū)間在275～410℃,熱解總失重率為76.31%。隨著升溫速率的增加,熱解反應的活化能和頻率因子均增大,分別由58.737 kJ·mol^-1、11.689 min^-1增加到59.796 kJ·mol^-1、43.773 min^-1,線性擬合系數均在0.99以上。傅里葉紅外光譜儀對果殼熱解固體產物進行了紅外光譜分析,實驗還表明夏威夷果殼的熱解溫度區(qū)間在300～500℃,熱解過程主要是纖維素、半纖維素和木質素的解聚,與熱重分析結果相一致。 

【文章來源】：科學技術與工程. 2020,20(07)北大核心

【文章頁數】：6 頁

【部分圖文】：

夏威夷果殼在氮氣氛圍下熱解TG-DTG曲線

表4 不同升溫速率下夏威夷果殼熱解特性參數Table 4 Pyrolysis characteristic parameters of macadamia shells at different heating rates 升溫速率/(℃·min-1) 初始溫度/℃ 殘余質量/% 總失重率/% 最大失重速率點 主要熱解階段 溫度/℃ 速率/(%·min-1) 溫度區(qū)間/℃ 失重/% 10 265 23.14 75.86 365.89 8.10 265～395 57.07 20 275 23.43 75.57 382.56 15.57 275～410 56.82 30 285 23.25 75.75 389.34 23.89 285～421 56.31 50 295 22.86 76.14 390.89 39.68 295～441 58.352.3 熱解動力學分析

本次試驗選用20 ℃/min的升溫速率,保溫時間30 min,選取了300、400、500 ℃三個熱解終溫,將其不同終溫下熱解后的固體產物與原料進行紅外光譜分析,對比紅外光譜圖,見圖3,研究夏威夷果殼在不同熱解溫度下的變化趨勢和各官能團的變化情況。結合相關文獻[20-21]和圖3中夏威夷果殼原料紅外光譜圖中吸收峰的位置,可以看出夏威夷果殼原料在1 020 cm-1處有C—O的伸縮振動和1 396 cm-1處有—CH3平面彎曲振動,都表明有纖維素和半纖維的存在;在1 594 cm-1 的C＝C伸展振動、1 521 cm-1處的苯環(huán)振動峰和1 208 cm-1處的C—O—C振動峰證明了有木質素的存在,因為木質素是由3種苯丙烷單元通過醚鍵和碳碳鍵連接的復雜的三維網狀化合物[22]。由此也證明,夏威夷果殼作為生物質,構成其主要成分為纖維素、半纖維素和木質素。當熱解終溫為300～400 ℃,位于3 347 cm-1左右的—OH吸收峰呈現(xiàn)出明顯的降低趨勢,說明有游離水析出,500 ℃時對應水蒸氣的吸收峰完全消失,說明果殼內部結晶水需要400 ℃以上才能被完全熱解。當溫度升高到300 ℃,吸收峰的變化并不明顯,但隨著熱解終溫的升高,300～400 ℃在1 594、1 396、1 310、1 208、1 020 cm-1處吸收峰都在減弱或消失,反應最后僅剩幾個吸收峰,且吸收度較低,這說明隨著熱解反應的進行,各組分含量發(fā)生變化,纖維結構也產生了變化,纖維素、半纖維素與木質素相繼被熱解,原料的高分子化合物基本上已經分解成小分子,說明了果殼的主要熱解階段的溫度區(qū)間為300～400 ℃。熱解溫度達到500 ℃時,該溫度下的熱解固體產物中大部分的吸收峰基本消失,但1 208、1 594 cm-1處還存在微弱的吸收峰,說明果殼內部還存在少量的木質素未被熱解,從而也反映出木質素是生物質組分中最難熱解的部分,與前面熱重分析結果也相吻合。

【參考文獻】：
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本文編號：3622069