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

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