竹材热解过程中焦炭组分的变化规律.pdf

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1、第32卷第lO期2322016年5月农业工程学报TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineeringV01．32No．10Mav2016竹材热解过程中焦炭组分的变化规律刘标1，董亚斌1，何涛2，陈应泉1，杨海平蠊，王贤华1，陈汉平1(1．华中科技大学煤燃烧国家重点实验室，武汉430074；2．武汉市天颖环境工程有限公司，武汉430074)摘要：为了准确掌握生物质热分解机理，该文采用竹材作为典型生物质代表，利用元素分析、漫反射红夕b(diffusereflectanceinfraredFo

2、uriertransformspectroscopy，DRIFTS)和二维红外相关光谱(two．dimensionalperturbationcorrelationinfraredspectroscopy，2D．PCIS)相结合研究了生物质热解过程中焦炭化学成分、化学结构的演变规律。研究结果发现，氢键网络在250℃热解下解构形成自由羟基，伯醇基在该温度下可转化为羰基类C=O。烷基一CH、一CH：、一CH，起始反应温度分别为250、300、350oC，而吡喃环C—O在300℃左右断键生成大量醚类脂肪链化合物，这些化合物经过缩合重构可能形成新的芳环结

3、构。当热解温度超过350℃，芳基取代反应开始大量发生，焦炭中羰基C=O、醚键C—O—C数量减少，芳环取代基数量增加；500oC后，芳环稠环化反应开始大量发生，600oC热解温度下制备的焦炭中含有大量的稠环芳烃结构。关键词：生物质；热解；竹材；焦炭；漫反射；二维红外相关光谱doi：10．119750．issn．1002-6819．2016．10．033中图分类号：TKl6文献标志码：A文章编号：1002—6819(2016)一10—0232—08刘标，董亚斌，何涛，陈应泉，杨海平，王贤华，陈汉平．竹材热解过程中焦炭组分的变化规律【J】．农业工程学报

4、，2016，32(10)：232—239．doi：10．119750．issn．1002—6819．2016．10．033http：／／www．tcsae．orgLiuBiao，DongYabin，HeTao，ChenYingquan，YangHaiping，WangXianhua，ChenHanping．Componentchangelawofcharduringbamboopyrolysisprocess[J]．TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineering(Transacti

5、onsoftheCSAE)，2016，32(10)：232-239．(inChinesewithEnglishabstract)doi：10．119750．issn．1002-6819．2016．10．033http：／／www．tesae．org0引言生物质是一种快速可再生的清洁能源，储量巨大，环境友好，可再生性强，是地球上唯一可再生的碳源。热解能将低品位的生物质能源快速转化为较高品位的可燃气、焦炭以及类似于原油的生物油产品，是一种极具发展前景的生物质能源利用技术。科研领域内，众多学者基于原料种类、热解条件、热解动力学、产物分布等方面，对其机理

6、过程进行了大量研究[1-7]。其中化学键的断裂和重构是生物质热解过程中所有化学反应的基础，而焦炭是有机官能团断键和再成键的重要载体。因此，研究焦炭的化学结构演变过程具有重要意义。Sharma等ts-101研究了果胶、木质素、土豆热解焦炭的理化结构特性，发现生物质中羟基、羰基、脂肪链烷基、甲氧基等官能团在400oC热解温度下即可大量脱除，生成CO、CO：、CH。、水、醛、酸、酮、酚等小分子化合物，而残留固体物中，芳环结构增加。当热解温度高达550oC时，焦炭主要由芳基类官能团，以及微量含氧官能团和脂肪链结构组成。Chen等f】】】、Fu等f，刁在研

7、究棉秆热解过程中也发现了类收稿日期：2015—11—25修订日期：2016—03—18基金项目：国家自然科学基金项目(51376075，51376075)；973计划(2013CB228102)作者简介：刘标，男，博士生，主要从事生物质热解多联产研究。武汉华中科技大学煤燃烧国家重点实验室，430074。Email：liubiaope@126．corn※通信作者：杨海平，女，副教授，博士生导师，主要从事生物质热化学利用研究。武汉市华中科技大学煤燃烧国家重点实验室，430074。Email：yhpin92002@163．eom似现象，即羟基、烷基等官

8、能团结构断键生成了小分子醛、醇、酸、酮、CO、CO：、CH。、水等化合物。Serrano等[13】、VILLEGAS等14】在研究岩蔷薇