基于微波加熱的竹材生物質熱解機理及特性研究.pdf

1、本文借助氣相色譜(GC)、氣相色譜質譜聯用儀(GC-MS)、電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀(ICP-OES)、FTIR技術和Py-GC/MS技術等現代分析技術手段，開展了微波加熱條件下竹材的熱解動力學、金屬離子的作用機制以及微波催化反應機理與產物調控機制等方面的研究，以期為我國竹材資源的高效、高附加值綠色綜合利用奠定基礎。
　　本文利用微波熱重分析儀研究了微波加熱條件下竹材的熱解動力學特性。研究發(fā)現，微波熱解沒有出現明顯的“玻璃化轉變

2、”現象，且起始熱解溫度低于傳統(tǒng)熱解;微波加熱可降低活化能及頻率因子，對熱解反應同時具有促進和抑制作用，同時發(fā)現活化能的降低對反應速率的促進作用大于頻率因子的降低對反應速率的抑制作用。此外，對微波熱解和傳統(tǒng)熱解進行比較，分析發(fā)現，微波加熱對熱解的促進作用更為顯著，微波熱解得到的氣體產率總是高于傳統(tǒng)熱解，且對熱解揮發(fā)分的二次反應以及炭與CO2的氣化反應有顯著促進作用。
　　本文在自行設計的微波生物質熱解系統(tǒng)上，考察了微波功率、含水率及

3、顆粒粒徑對物料升溫特性、產物分布及產物特性的影響規(guī)律。研究結果表明:隨著微波功率的增加，竹材最高熱解溫度及對應的升溫速率逐漸提高，竹材熱解程度加劇。研究發(fā)現，微波熱解得到的氣體產率總是大于液體產率，且顆粒粒徑的減小提高了竹材升溫速率和最高熱解溫度，更有利于不可冷凝氣體的生成;含水率的增加有利于液體產物的生成，且水分促進了竹材熱解反應的程度水分參與竹材熱解反應的程度加劇。
　　基于金屬離子在生物質熱解過程中所起的重要催化作用以及與微

4、波的耦合作用，本文對不同種類的酸洗預處理方式對竹材礦物元素含量、化學結構以及熱解特性的影響進行了研究，并據此考察微波加熱條件下Mg2+、K+、Ca2+和Fe3+對竹材熱解的影響規(guī)律。研究發(fā)現，HF預處理能有效的脫除竹材中的礦物元素，同時對竹材化學結構的破壞作用最小。Mg2+、K+和Ca2+的存在增加了物料之間的傳熱阻力，降低了物料的升溫速率，且K+和Ca2+都以消耗液體產物為代價增加了固體和氣體產率，并對CO2和H2的生成有促進作用;由

5、于微波熱解過程中部分鐵元素會轉變?yōu)镕e2O3，導致了Fe3+對物料升溫的促進作用;Fe3+對氣體產物生成的促進作用更為顯著，且對CO和H2有較高的選擇性。
　　本文系統(tǒng)地研究了熱解殘?zhí)?、活性炭和石墨對微波熱解竹材特性的影響，并研究了活性炭負載Fe3+催化劑在微波加熱條件下對竹材熱解過程的影響及其催化機理。研究發(fā)現，活性炭對物料的升溫促進作用最弱，但得到的氣體產物最多，兩種微波功率條件下得到的氣體產率在59～68 wt.％之間;活性