碱金属/碱土金属对生物质热解特性影响的实验研究

摘要

生物质能源是一种储量具大，可再生的洁净能源，有着多种转化利用方式，为缓解当今世界日益严峻的能源问题与环境压力提供了良好的措施。生物质热解是一种重要的生物质热化学利用方式，其影响因素得到了越来越多的关注，而碱金属/碱土金属作为生物质内富含的元素，对生物质热解特性产生影响，由于这些金属元素在生物质内有着不同的赋存形态，有必要进一步的研究其各自对生物质热解特性的影响。 论文综述了国内外对生物质内碱金属/碱土金属赋存特性的研究，阐明了热解过程中不同种类以及赋存形态碱金属/碱土金属在生物质热解过程中的行为，系统总结了国内外对碱金属/碱土金属在生物质热解过程中所起作用的研究现状，分析了已有研究中的不足，并基于这些不足提出了本文的研究思路，本文主要从以下几个方面开展研究。 本文首先选取了两种典型的生物质，按相关标准制备样品，测定样品基础特性，随后采用酸洗实验取出生物质内的碱金属/碱土金属，并采用浸泡或置换的方式来给酸洗后样品添加不同种类及赋存形态的金属元素。实验结果表明，有机碱金属/碱土金属盐置换后的样品中金属元素含量低于相应无机金属盐溶液浸泡后样品，5％浓度乙酸钾溶液可以使生物质有机赋存钾元素达到饱和。 样品的热重实验结果表明，生物质内不同赋存形态的K、Na、Ca和Mg元素都可以降低样品的热解活化能，其中生物质内无机赋存金属元素对热解特性影响较大，生物质内无机赋存Ca元素可以极大促进热解过程中焦的生成，而无机赋存Mg元素可以改变热解失重峰形式。样品的快速热解实验结果表明，生物质内不同赋存形态的四种金属元素都可以抑制热解过程中焦油的生成，生物质内无机赋存的这些金属元素将焦油减少的份额更多地转化为热解焦，而有机赋存的金属元素则催化焦油二次裂解生了更多的热解气体。