植物生物质中钾元素对其热解特性的影响

摘要

K、Ca、Na和Mg等金属元素是生物质生长必需的营养物质，虽然含量很低，但对生物质热解有着重要的影响。实验选用稻壳生物质，采用水洗脱盐预处理和稀HCl酸洗脱盐预处理脱除了稻壳中的金属元素。实验中还采用机械混合法将KCl分别与纤维素、半纤维素、木质素以及稻壳和稻壳模拟物等生物质样品混合，然后分别采用FAAS、SEM和FT-IR等方法对稻壳样品进行了分析表征，通过TG实验考察了K对稻壳生物质热解特性的影响。主要研究内容和相关结论如下:
　　采用干灰化法、湿式消解法和微波消解法对稻壳生物质进行了预处理，为避免FAAS测量时K的电离干扰，加入了消电离剂。结果表明:加入400μg/mL CsCl溶液可基本消除K+溶液测量过程中K的电离干扰。稻壳样品经干灰化法、湿式消解法和微波消解法处理后，测定的稻壳中K含量分别为0.6384％、0.7604％和0.7786％。湿式消解法的实验结果重现性好，相对标准偏差仅为0.17％，且仪器简单。综合考虑，湿式消解法的效果优于干灰化法和微波消解法。
　　稻壳经水洗脱盐预处理后，其表面形貌由团块状逐渐变为薄片状，经酸洗脱盐预处理后，稻壳表面的薄片状结构增多，且出现了较为明显的孔状结构。水洗脱盐预处理只能脱除生物质样品中水溶性的K，而酸洗脱盐预处理不仅可以脱除水溶性的K，还可以脱除酸溶性的K。经水洗和酸洗脱盐预处理后，稻壳热解的焦炭收率下降，DTG曲线向高温区移动，且样品的最大热解失重速率升高。
　　纤维素的最大热解失重速率随着KCl添加量的增加而降低，但KCl对半纤维素和木质素的影响不显著。模拟生物质添加KCl后，其热解特性可认为是三组分热解的简单叠加。此外，实验还采用浸渍法向酸预处理稻壳中添加了KCl。结果显示，K对稻壳热解具有一定的催化作用，但KCl的添加方式不同，生物质的热解特性有着明显差别，生物质样品经机械混合添加KCl后，其热解焦炭收率呈下降趋势（纤维素除外），浸渍法添加的KCl导致酸预处理稻壳的最大热解失重速率和焦炭收率升高。

目录

声明

摘要

1 前言

1．1 能源现状

1．1．1 世界能源现状

1．1．2 中国能源现状

1．2 生物质概况

1．2．1 生物质的分类和特点

1．2．2 生物质的组成

1．2．3 生物质能源的开发意义

1．3 生物质能利用技术

1．3．1 物理转化技术

1．3．2 生物化学转化技术

1．3．3 热化学转化技术

1．4 生物质脱盐处理技术

1．4．1 水洗和酸洗预处理

1．4．2 添加金属盐方法

1．5 生物质中金属元素的测定及其对热解的影晌

1．5．1 生物质中金属元素的分析方法

1．5．2 热解过程中金属元素的迁移

1．5．3 金属元素对生物质热解的影响

1．6 课题主要研究内容

1．6．1 研究背景

1．6．2 主要研究内容

2 实验材料与方法

2．1 生物质原料

2．2 实验药品与仪器

2．3 生物质中K的测定方法

2．3．1 稻壳预处理方法

2．3．2 K测量分析方法

2．4 生物质脱盐预处理方法

2．4．1 水洗脱盐预处理

2．4．2 酸洗脱盐预处理

2．5 生物质外添加K处理方法

2．5．1 机械混合法

2．5．2 浸渍法

2．6 表征方法

2．6．1 扫描电镜(SEM)

2．6．2 红外分析(FT-IR)

2．6．3 原子吸收(FAAS)

2．6．4 热重实验(TG)

3 预处理方法对生物质中K含量测定的影响

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 稻壳预处理方法

3．2．2 K测量分析方法

3．3 结果与讨论

3．3．1 电离干扰对K+测量的影响

3．3．2 K+标准工作曲线及稻壳中K含量测定

3．3．3 预处理对稻壳中K含量测定的影响

3．4 本章小结

4 脱盐预处理对生物质热解特性的影响

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 水洗预处理

4．2．2 酸洗预处理

4．3 结果与讨论

4．3．1 表征研究

4．3．2 脱盐预处理对生物质中K含量的影响

4．3．3 脱盐预处理对生物质TG的影响

4．4 本章小结

5 KCl对生物质热解特性的影响

5．1 引言

5．2 实验部分

5．2．1 机械混合法

5．2．2 浸渍法

5．3 结果与讨论

5．3．1 机械混合KCl添加量对生物质三组分TG的影响

5．3．2 稻壳模拟物的TG实验研究

5．3．3 机械混合KCl添加量对酸预处理稻壳TG的影响

5．3．4 浸渍KCl添加量对稻壳生物质TG的影响

5．3．5 KCl对生物质热解焦炭收率的影响

5．4 本章小结

6 结论

7 展望

参考文献

9 论文发表

致谢