生物質(zhì)焦低溫氧化及其動力學(xué)特性.pdf

1、生物質(zhì)焦與氧氣之間相互作用導(dǎo)致的低溫氧化過程是自燃的主要機(jī)理之一，研究低溫氧化過程特性及其動力學(xué)可以為生物質(zhì)焦自加熱過程的描述、自燃的預(yù)報和有效防治提供理論依據(jù)。為此，論文研究采用三種農(nóng)業(yè)廢棄物生物質(zhì)（玉米秸、花生殼和玉米芯）在不同熱處理溫度下制焦，采用三種熱分析方法并結(jié)合結(jié)構(gòu)特性分析，系統(tǒng)研究了三種生物質(zhì)的焦的低溫氧化特性及其動力學(xué)、自燃特性和氧化反應(yīng)性以及熱處理溫度的影響。
　　對焦產(chǎn)率和焦組成的分析顯示，熱處理溫度對三種生物

2、質(zhì)焦組成有顯著的影響。采用X-射線衍射和傅里葉紅外光譜對焦的微觀結(jié)構(gòu)特性的分析表明，250℃焦仍有明顯的纖維素晶體結(jié)構(gòu)，而400℃及其以上焦樣的表面官能團(tuán)和碳微晶結(jié)構(gòu)隨熱處理溫度升高的變化體現(xiàn)焦變得越來越具有聚芳性，碳微晶結(jié)構(gòu)有序化程度逐漸增強(qiáng);生物質(zhì)焦中的主要無機(jī)成分（即含K、Ca成分）及其含量明顯變化，這些都會影響焦的氧化反應(yīng)性和低溫氧化特性。
　　基于非等溫?zé)嶂胤椒▽θN焦的燃燒氧化反應(yīng)性及動力學(xué)特性進(jìn)行的系統(tǒng)分析表明，隨著

3、熱處理溫度的升高，三種生物質(zhì)的焦的著火溫度、最大失重速度溫度等特征參數(shù)均呈升高趨勢，這意味著采用較高的熱處理溫度有利于降低生物質(zhì)焦的氧化反應(yīng)性和自燃傾向，相比起來，相同熱處理溫度的玉米芯焦最易自燃而玉米秸焦最難自燃。利用Russell等人的方法對高溫焦進(jìn)行動力學(xué)分析表明，除少數(shù)樣品外，不同的熱處理溫度焦的Ea值差異不大;等轉(zhuǎn)化率法動力學(xué)分析表明，三種生物質(zhì)焦不同加熱速度下Ea值均是低溫焦和500℃焦的變化幅度很大，而高溫焦則相對很平穩(wěn);

4、與著火溫度等特征參數(shù)相比，并不能單一地用某個動力學(xué)參數(shù)來描述生物質(zhì)焦的燃燒氧化反應(yīng)性或自燃傾向。
　　采用熱重-差示掃描量熱同步熱分析著重研究了三種焦從約100℃到著火溫度范圍內(nèi)的低溫氧化反應(yīng)和放熱過程特性，并進(jìn)行了動力學(xué)分析。結(jié)果表明，生物質(zhì)焦在低溫氧化階段有少量的氧吸附增重和明顯的放熱現(xiàn)象，而400℃、500℃焦的增重相對250℃焦、700℃焦明顯較大，同時也具有較強(qiáng)的放熱能力。利用Russel等人的方法確定低溫氧化階段焦樣的

5、動力學(xué)參數(shù)表明，除250℃焦以外加熱速率的變化對Ea值影響并不大。等轉(zhuǎn)化率方法得到主燃燒階段Ea值的變化趨勢與低溫氧化階段一致，均是250℃焦＞400℃焦＞500℃焦＞700℃焦。
　　采用恒溫量熱法研究了玉米秸焦(250℃、500℃)及原樣在接近于室溫(35～65℃)下的氧化放熱和動力學(xué)特性，結(jié)果顯示，溫度對低溫氧化和放熱過程影響顯著，反應(yīng)溫度越高，焦的放熱熱流率最大值越高，累積放熱量也越高。放熱特性和動力學(xué)分析均表明，500℃