钾盐对纤维素热解特性的影响

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1、第33卷第8期可再生能源Vol.33No.82015年8月RenewableEnergyResourcesAug.2015钾盐对纤维素热解特性的影响李顺，王贤华，陈应泉，杨海平，邵敬爱，陈汉平（华中科技大学煤燃烧国家重点实验室，湖北武汉430074）摘要：利用微型热解系统，研究500℃终温条件下，钾盐（K2SO4，KNO3，K2HPO4，KOH）对纤维素热解特性的影响。收集炭、焦、重油、轻油、气5种产物，计算各产物产率，分析结果表明，钾盐添加作用下，钾对热解存在主要影响，盐本身理化特性存在次要影响。利用气质联用仪（GC-MS）对重油和轻油进行分析，发现糖、苯类物质主要集中于重油，而醛、酮类物

2、质主要集中于轻油，钾盐显著降低了糖类产物产率，增加了酮类、环烷烃类物质产率。利用X射线光电子能谱仪（XPS）对浸渍样、热解炭、焦含碳官能团进行分析，结果表明，热解后，热解炭与热解焦具有类似的含碳官能团分布，但热解炭中以芳香环中的C=C官能团为主，含氧官能团主要为羰基-CO-而热解焦中另外含有-COO-官能团。关键词：钾盐；纤维素；热解中图分类号：TK6文献标志码：A文章编号：1671-5292（2015）08-1274-07DOI:10.13941/j.cnki.21-1469/tk.2015.08.0260引言的产率变化来讨论。然而由于裂解反应在高温下生物质作为一种重要的可再生清洁能源，其

3、进行，很难检测高温反应产生的中间体，而裂解产热转化利用技术已经得到了广泛研究。为使生物物从高温冷却到常温过程中，会发生复杂的缩聚、[14]质热解产物更多更好的向目标产物转化，提高热自由基结合等反应，产物特性发生改变，因此，解产物品位，需要准确分析生物质热解路径，加深在碱及碱土金属对纤维素热解特性影响机理研究[1]，[2]对热解机理的研究。纤维素作为生物质的重要中，对常温热解产物的细化分类是重要的研究点。[3]~[5]组成部分之一，是热解机理研究的重要对象。实验研究了500℃终温条件下，浸渍不同钾目前，对纤维素的热解特性已进行大量研究，盐纤维素样的热解过程，将固体产物分为生物炭、通常将其热解产

4、物分为固态焦炭、液态生物油和焦，液体产物分为重油、轻油，通过XPS分析炭、气态热解气，三态产物的产率分别为14%，65%，焦中含碳官能团，GC-MS检测重油（HO）和轻油[6][7]~[10]22%左右，基于存在产物的特性，研究者们提（LO）成分，探讨钾盐对炭和焦的产率，重油和轻出并分析了各种不同的纤维素热解机理与模型，油成分的影响，以便深入了解钾盐存在对纤维素并对碱及碱土金属对其热解特性的影响加以讨热解路径的影响，相关测试方法均参考文献[3]。[11]，[12][13]论。Antal与Piskorz认为纤维素的热裂解有1实验材料与方法两条竞争性的路径，其中一条是糖苷键断裂形成1.1材料左旋

5、葡聚糖，另外一条是高温作用下葡萄糖单体实验采用粒径为25μm的微晶纤维素粉末均裂、重整、缩合成苯环并释放更多小分子的乙醇为原料，在60℃条件下烘干，其元素分析结果见[14]，[15][16]醛、丙酮醇等产物。Agarwal与Mettler研究了表1，得到纤维素实验式为CH2.53O0.83。纤维素单体葡萄糖六元环的开环、缩聚，从而形成表1纤维素样元素分析[17]Table1Elementalanalysisofcellulose苯环。Pushkaraj在纤维素内浸渍无机盐[NaCl，元素分析（%，daf）元素摩尔比MgCl2，CaCO3，Ca（OH）2，Ca（NO3）2，CaHPO4，CaC

6、l2，CHNOdH/CO/CKCl]和柳条灰比较不同种氯盐和不同钙盐对热解44.879.470.0345.632.530.83特性影响，主要通过液体产物生物油中左旋葡聚注：Od含量由差减法计算得到；daf指干燥无灰基。糖、乙酸、乙醇醛、丙酮醇、2-糠醛、5-羟甲基糠醛钾盐采用浸渍方式混入到纤维素中，得到钾收稿日期：2015-01-06。基金项目：国家重点基础研究发展计划（2013CB228102）。作者简介：李顺（1989-），男，湖北荆州人，硕士研究生，研究方向为生物质热化学转化利用技术。E-mail：haolshsh@163.com通讯作者：王贤华（1978-），男，湖北武汉人，副教授，

7、主要从事生物质热解液化利用的研究工作。E-mail：wangxianhua@hust.edu.cn·1274·李顺，等钾盐对纤维素热解特性的影响质量比为0.05%，0.1%，0.15%，0.2%的纤维素浸油。在设计实验条件下，样品发生热裂解反应，高渍样。温气态挥发分析出后，残留固体为生物炭；高温气1.2热解实验态挥发分，在200~300℃，会缩合、凝华，生成常温[18]热解实验在微型热解系统上进行（图1），实