浸渍钾盐对生物质三组分热解特性影响研究

摘要

生物质作为一种重要可再生清洁能源，热解技术是其利用的重要途径，以提高生物质热解产物品位为目的的生物质热解机理研究已取得诸多成果，生物质分为有机组分与无机组分，其中有机组分被分为纤维素、半纤维素、木质素三种，无机组分主要为碱及碱土金属盐。现阶段在对各有机组分单独热解大量研究成果基础上，各组分间交互作用，特别是无机组分对有机组分热解特性影响为重要的研究点，本文选用碱及碱土金属盐中具有代表性的钾盐，对其在有机三组分热解过程中的作用进行了深入的分析，为寻求提高生物质热解产物品位的方法提供了基础理论知识。
　　首先，利用选取的钾盐（KCl、KNO3、K2SO4、KHSO4、KOH）浸渍三组分样品，分析浸渍作用对三组分样品影响，及浸渍后钾在其中可能的存在形态。在立式微型固定床热解炉上对实验样品进行热解实验，收集固态产物炭、焦，液态产物重油、轻油，气态产物热解气，通过对炭、油消解及检测分析钾在热解过程中的迁徙行为，利用 X射线光电子能谱仪（XPS）分析钾在热解后可能在固态产物热解炭中的存在形态，进一步分析钾在热解过程中的作用机理。
　　对组分热解产物产率及特性变化分析，产物产率结果表明所添加钾盐中以 K2SO4最能代表钾在生物质三组分热解过程中的作用，主要为增加炭、气，降低焦、油产率。对收集到固体样品，利用傅里叶变换红外光谱仪（FTIR）对其中存在有机官能团分析，X射线光电子能谱仪（XPS）对其中元素（C、O）结合形态分析，再进行元素分析；对收集到的液体产物重油、轻油，利用气质联用仪（GC-MS）进行成分分析；利用气相色谱仪（GC）对收集到的气态产物成分分析，比较原样热解产物与添加不同种钾盐以后的热解产物特性，分析钾盐在热解过程中更深层次的作用机理。
　　针对于检测到的产物特性变化，分析不同种钾盐存在，盐特性与钾联合作用下对组分热解影响。在热解作用下，纤维素与半纤维素糖苷键断裂，糖环打开成为脂肪链状结构，钾盐的存在促进脂肪链状结构向苯环缩合，并且稠环化，从而炭产率增加，同时形成并释放H2，气体产率增加，有效减少脂肪链状产物直接以高温挥发分形式析出而随温度降低，形成固态焦，从而降低焦的产率；另外，钾盐存在促进醚键 C-O-C向醛基转化，而抑制其向羧基转化，醛基进一步热裂解生成CO，而更少的羧基热裂解生成CO2，从而增加CO产量而降低CO2产量，但对羧基热裂解转化为CO2的过程有促进作用，使得原本含有大量羧基的半纤维素在添加钾盐后，CO2产量增大。

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1 绪 论

1.1引言

1.2生物质及其三组分热解研究现状

1.3钾盐对生物质热解特性的影响

1.4课题研究内容

2 钾盐浸渍对生物质结构的影响及热解过程中钾的迁徙特性

2.1实验装置与实验方法

2.2实验结果与分析

2.3 本章小结

3 钾盐对纤维素热解特性的影响

3.1样品分析与检测方法

3.2钾盐对纤维素热解产物产率的影响

3.3钾盐对纤维素热解产物特性的影响

3.4纤维素热解固态产物比较

3.5 本章小结

4 钾盐对半纤维素及木质素热解特性的影响

4.1钾盐对半纤维素热解特性的影响

4.2钾盐对木质素热解特性的影响

4.3 本章小结

5 全文总结与展望

5.1 全文总结

5.2 建议与展望

致谢

参考文献

附录 攻读硕士学位期间发表的论文及参与项目