竹材热解处理程序

最终温度的影响， ０℃生成的 ９０ 竹炭， 吸碘值 １ ｇ ｇ 受相变的影响，１ ０ ０／ ， ４Ｋ ０ ℃生成的 ０ 竹炭，吸碘值反而下降到３ｇ ｇ ２／ ． Ｋ
关键词： 竹材，热解，动力学，产率，竹炭，竹醋液
晰ｉ 大李硕士 母位格友 （ ＃ ｚ ＆Ｙ）
ＡＳＲＣ ＢＴＡＴ
Ｂｍ ｏ ｉ ｋ ｏｒ ｄ ｗｎ ｅ ｗ ｂ ｏ ｃ ｎ ａ ａｐ ｐｉｅ ｓｔｅ ａ ｄ ａｉｇｏ ｉ ｒ ｅ ａｌｓ ｒ ａｄ ｐｒ ｒｔｓｂｔ ｔ ａ ｂｏ ｉ ｆ ｒ ｇ ｓ ｎ ｐ ｎ ｅ ｅ ｎ ｏ ａ ｕ ｉ ｕ ｕ ｏ ｗ ｏｓＴ ｅ ｏ ｓ ｐ ｃｓｏｂｍ ｏ ｉｅｓ ｔｌ ｎｅｔ ｄ ｃｒｏｉｔｎ ｆ ｄ． ｐｒｙｉ ｒ ｅ ｆ ｂｏ ｓ ｎａｔｕｄｒａ ｔ ａ ｎ ａｏ ｏ ｈ ｙ ｌ ｓ ｓ ａ ｏ ｓ ｉ ｏ ｓｎ ｈ ｂ ｚ ｉ ｅ ｅ
ｐｒｌ ｉｄｃ ａ ｄ ｈ ｉ ｒ ｓ ｇ ｈａｎ ｒｅ ｐｒｙｉｔ ｐｒｕ ． ｙ ｙ ｓ ｒ ｓ ｗｔｔ ｎ ｅ ｉ ｏ ｅｔｇ ａｄ ｏ ｓ ｅ ｅ ｔ ｅＴｅ ｏ ｓ ｅ ｅ ｅ ｉ ｈ ｃ ａ ｎ ｆ ｉ ａ ｎ ｙ ｌ ｓ ａ ｒ ｈ ｅ ｔ ｍ
ｐ ｐｒ ｏ ｔ ｂｍ ｏ ｃ ｒ ｅ ｉ ｐ ｄｃ ｏ ｂｍ ｏ ａｅ ｐｒｙｉ ｗｓ ｒ ｅｙ ｈ ａ ｂｏ （ ｓ ｄ ｕｔ ａ ｂｏ ｒ ｏ ｓ） ｏ ｔ ｆ ｅ ｈ ｔ ｏ ｒ ａ ｈ ｌ ｏ ｆ ｔ ｆ ｙｌ ｓ ａ
供了依据。 热解管中进行大样品热解实验结果表明： 加热速率增加会使竹材失重增加，
而且增加趋势渐缓。随着样品宽度的增加，竹炭的热解产率增加，上升趋势渐缓。随 着样品长度的增加，竹炭的热解产率依次增加。竹材热解最终温度对产率有很大的影 响，随着热解最终温度的上升，竹炭产率下降，而且下降趋势渐缓。竹炭的吸碘值受
样品的热解过程， 进行了小样品竹材在不同加热速率和样品状态下的热解动力学分析、
产率分析及热解过程中的焙变分析。 然后在热解管实验中，考察了加热速率、 样品状
态和热解最终温度对竹炭产率的影响， 并对竹材热解的固体产物竹炭进行了性能表征。 热重分析仪中的实验结果表明：不同形状的小样品竹材 （ 粉末、条状、 块状） 它 ， 们的热解起止温度是相同的：加热速率的增加，会使竹材热解起止温度滞后；竹材的 热解过程是分阶段的，而前后两段的反应级数相同，竹子的外、中和里三层的热解反 应级数是相同的；加热速率会对反应动力学造成较大的影响，加热速率增加，热解反 应级数随着上升，加热速率由５ ｉ上升到４ ０／ ｉ，反应的级数由 １ 上升到 ２ Ｇ／ ｎ ｍ ０ ｍｎ Ｃ ． ５ ； 热解过程中后段的活化能和频率因子都比前段的大的多：随着加热速率的增加，竹材
ｐｒ ａ ｔ ｓ ｅ ｅ ｔ ｈａｎ ｒｅ ５ ４ ０／ｉ Ｔｅ ｌ ｓ ｗ ｔ ａｓ ｈ ａ ｗ ｎ ｅ ｉ ａ ｏ ｔ ０ ｍｎ ｈ ｒ ｕｓ ｔ ｔ ｔ ｒ ｅ ｅ ｍ ｈ ｈ ｔｇ ｆ ｅ ｔ ｏ Ｃ ． ｅ ｔ ｈ ｈ ｈ ｓ ｏ ａ ｅ
ｈａｎ ｒｅ ｙ ｌ ｉｐ ｃ ｓ ｕｎｅ ｔ ｏ ｅｏ ｐｒ ｙｓ ｔｎａ ｉ ｔｎ ｅｔｇ ｏ ｐｒｙ ｓ ｅ ｉ ｅｃｓ ｒ ｒ ｙ ｌ ｉｒ ｃｏ， ａｏ ｉ ａ ｆ ｓ ｒ ｓ ｎ ｔ ｏ ｏ ｌ ｆ ｈ ｄ ｆ ｓ ｅ ｉ ｃｖ ｉ ｅ ｏ ａ ｔ
热解生成的竹炭的产率影响，并做了竹炭表面性能的表征。
摘
要
竹子是一种快速生长的可再生资源和木材替代品，充分高效地利用竹材资源具有
重要的经济和社会意义。 本文采用高精度热重分析仪 〔Ｇ Ｄ Ｇ和 Ｄ Ｃ ， Ｔ ． Ｔ Ｓ ） 在高纯氮
的氛围 在 ４ 下， ０一５０ ００ Ｃ 温度范围内， 考查了 不同部位的竹材（ 分为外，中， 里三层）
ｐｒｌｉｉｐｒ ｙｉｆ ｎｃ ｕｄｒ ｏｓ ｒｉ ｃｎｉ ｎ． ｙ ｙ ｓ ｙ ｌ ｓ ａｅ ｅｖｒ ｕ ｏｅ ｔｎ ｄ ｉ ｓ ｏ ｓ ｎ ｏ ｓ ｕ ｒ ｎ ａ ｉ ｐ ａｏ ｏ ｔ ｏ Ｔ ｒ ｕ ｄ ｏｓａ ｄ ａ ｔ ｙ ｙ ｓ ｃｓ ｆ ｂｏ ｉ ｂ ｓ ｍ ｎｔｔ ｔ ｔ ｐｒｌ ｉ ｐｏｅ ｏ ｂｍ ｏ ｍｇｔ Ｇ ｓｌ ｅ ｅ ｔ ｒｅ ｈ ｈ ｅ ｏ ｓ ｒ ｓ ａ ｈ ｅ ｃｎｉ ｒ ａ ａ ｏｓｐ ａｔｎ ｏｅ ｒ ｓｏｄ ｔ ｔ ｄｃｍ ｏｉｏ ｏ ｏｓ ｅ ｄ ｄ ｅ ｓ ｔ －ｅ ｒ ｃｏ， ｃ ｒ ｐｎｓ ｈ ｅｏ ｐｓｉ ｆ ｗ ｔ ｅ ｉ ｎ ｏｅ ｏ ｅ ｔｎ ｈｍ ｃｌｌ ｅ ｔ ｏ ｅｉｔ ｄｃｍ ｏｉｏ ｏｃｌｌ ｅ ｌｎ ． ｐｓ ｇ ｅ ｉ ｌｏ ａｄ ｔ ｒ ｅ ｏ ｐｓｉ ｆ ｕ ｓａｄ ｉ Ｓｐｏｉ ｔ ｅｕ ｓ ｎ ｈ ｈ ｓ ｅ ｅ ｈ ｔｎ ｅ ｏ ｎ ｉ ｎ ｕ ｎ ｈ ｌ ｇ ｅ ｒ ｃｏ ｏ ｅ ｏ ｂｍ ｏ ｐｒｌ ｉ ｔ ｅ ｔｎ ｄｒ ａ ｂｏ ｏ ｓ ｏ ａｉ ｒ ｆ ｙ ｙ ｓ
ｃ ａａ ｔｒ ｅ ． ｈ ｒｃｅ ｉ ｄ ｚ
Ｋ ｙ ｏｄ． ｂｏ ｐｒｙｓ Ｔ ， ｅｃ， ｍ ｏ ｃａ ｅｗ ｒｓ ｂｍ ｏ， ｌｉ Ｇ ｋ ｔ ｓ ｂ ｂｏ ｒ ａ ｙ ｓ， ｉ ｉ ｏ ｎ ａ ｈ
１ １
晰 扛大母硕士 李位伦 大 （０ ４ ２０ ）
第一章 背景及意义
环境和资源问题是当今全人类面临的重大课题。煤、石油等天然矿物能源和化工 原料日益稀缺， Ｏ： Ｃ 等温室效应气体的排放量越来越受到关注，寻找可再生资源，走
在我国， 竹材分布广，资源蕴藏量极大，是一种理想的可再生资源Ｐ 但是目 １ 。 前，国
内关于竹产品研究和开发很少，而竹类产品的生产，也多停留在原始的初加工阶段， 技术含量底，资源浪费严重。对竹材的热解过程进行系统、深入的研究，开发新型竹 类产品 （ 如竹炭、 竹醋液） ，可以增加产品附加值，处理利用废旧竹材材料，对产品的
可持续发展道路，势在必行。生物质作为一种新兴的化工原料和可再生资源，正引起 人们越来越浓的兴趣。但是直接取之于 自然界的生物资源与石化资源相比存在很多不 利于利用的因素，成分复杂，性能不稳定，很难直接用于生产，所 以还不能成为石化
资源的替代品。将分子量大、成分复杂的生物质通过反应、分解，使之变成生产、生 活可以方便利用的小分子产品或成分、性能单一产品，是使生物质资源适应生产需要 的必要途径；生物质热解不需要添加新的试剂，工序简单，环境相对友好，是近几年
ｏ ｂｍ ｏ ａｄ ｕｌｅ ｂｏ ｃｖｌ Ｔｅ ｓ ｔ ｋ ｏｓｔ ｏ ｔｏ ｆ ｂｏ ｔ ｔｚ ｂｍ ｏ ｅｅｔｅ ． ｐ ｅ ｗ ｒ ｉｃｎｉｅ ｆ ａ ｎ ｏ ｉ ａ ｉ ｆ ｉ ｙ ｈ ｒ ｎ ｏ ｓ ｓｄ ｗ ｅ ｐｒ． ｉｔ ｐｒｙ ｓ ｔｓ ｙ ａ ｂｏ ｅ ｏ ｔ ｒｏｒ ｉｅｙＯ ｔ， ａｓＯ ｅ ｅ ｌ ｉｋ ｅｃｓ ｄ ｏｂｍ ｏ ｂｓ ｎ ｍ ｇ ｖ ｔ． ｒ ｔ ｎ ｓ ｙ ｓ ｉ ｉ ｔ ｆ ｈ ｏ ｎ ｕ ａ ｄ ｈ ｅ ａｍ ｒ ｕ ｅ ｍｄｌａｄ ｅｐｒ ｏｂ ｂｏ ｅ ｏ ｚｄ Ｇ ｉ ｅｔ ＡＳ Ｔ ８Ｉ ｉ ｅ ｉ ｒ ｓ ａ ｏ ｗｒｐｒｙｅ ｉＴ ｅｕ ｍ ｎ（Ｇ ／Ｄ Ａ ５＇ ｄ ｎ ｎ ａ ｆ ｎ ｔ ｍ ｅ ｙ ｌ ｎ ｑ ｐ Ｔ ）
ｒ ｃｏ ｏｄｒ １ ｏ ２ ｔｎｄ ｍｎｍｚ ｇ ｄ ｅ ｎｅ ｗ ｅ ｔ ｅ ｔ ｎ ｅ ｏ ． ｒ ａ ｏ ａ ｅ ｂ ｉ ｉｎ ｔ ｉ ｒ ｃ ｂｔｅｎ ａ ｉ ｒ ｆ ５ ｗ ｂ ｉ ｓ ｙ ｉ ｉ ｈ ｆｅ ｅ ｅ ｈ ｅ
ｃｌ ｌｅ ａｄ ａ ｒ ｄｔａｄ ｏ ｅｏ ｐｒｙｉｒ ｃｏ ｆ ｄ ｅ ｎｂｍ ｏ ａ ｕ ｔ ｎ ｍ ｓ ｅ ａ ｎ ｔ ｒ ｒ ｙ ｌ ｓ ｔｎ ｉ ｒ ｔ ｂｏ ｃ ａ ｄ ｅ ｕ ｄ ａ ｈ ｄ ｆ ｓ ｅ ｉ ｏ ｆ ｅ ａ ｅ ｏ ａ ｒ
ｅｅ ｙ ｆｑｅｃ ｆ ｔ． ｎｒ ａｄ ｕｎｙ ｏ ｇ ｎｒ ｅ ａ ｒ ｃ
Ｒｓ ｔｏ ｙ ｌ ｓ ｅｍ ｎ ｎ ｃ ｈ ｔ ｔ ｈ ｙ ｌ ｏ ａ ｂｏ ｐｒｙｉｅｐｒ ｅｔｉｆ ａ ｓ ｗ ｔ ｃ ｒ ｄ ｂｍ ｏ ｅ ｌ ｆ ｓ ｘ ｉ ｓ ｕ ｅ ｈ ｈ ａ ｉ ｆ ｕｓ ｏ ｎ ｒ ｏ ４０ｍｎ ｅｔ ｔ ｐｒｕ ｒ ｇｏ４ 一 ０ ｔ ｉ ａｓ ， ０３ ａｄ ／ｉｕｄｒ ｅ ｅｔ ｅ ０ ５０ ｅ ｇ ｆ ０ ｔ ｔ ， ０ ０ Ｃ ｎ ｈ ｍ ａ ｒ ａ ｆ ｅ ｅ ｎ
０ａｄ ａ ｏｐｅ ． ｏ ｅ ｉ ａｏｔ ｅｔ ａｏ ｏ ｃａ ｙ ｌ ｏ ｂｍ ｏ Ｃ Ｎ ｔ ｓｈｒ Ｔ ｅ ｒ ｂｕ ｉ ｓｇｔ ｎ ｈｒ ｄ ａ ｂｏ ｎ ｚ ｍ ｅ ｈ ｔ ｓ ｈ ｎ ｉ ｉ ｎ ｖ ｉ ｆ ｅ
晰仁大甘硕士李位伦我 （ 匆”）
月 ｉ ｔ
舌
环境和资源问 题是当今全人类面临的重大问题，寻找可持续发展的资源， 在当今
具有重要的社会和经济意义。
竹子是重要的可再生资源之一， 竹材在我国 有第二森林之称， 资源广阔， 而且生长周
期短， 更新快。 然而， 传统的 竹产业对原料的 利用率低， 通过适当的加工， 竹产品 提高
的附加值，无论在经济上，还是在环境资源上，都是十分有价值的。
目前全世界林木资源普遍紧缺，如何有效利用竹资源成为人们关注的新焦点。传
统的利用方法是进行竹类编织，这种方法对原材料的利用率低，最新出现的另一种途
径则是将竹材热解生成竹炭、竹醋液，这种方法简单易行，生产成本低，效率高，热
解气、液、固产物 （ 木煤气、 竹醋液、 竹炭） 都可以收集利用，没有对环境有害的废 物排出，环境友好。竹炭、竹醋液用途广泛，国内市场开发潜力大，深入开发相关产
来一个十分有效而且前景看好的方法。
竹子是重要的森林资源之一，属禾本科（ ａ ａ 竹亚科（ａ ｂｓｄａ ， 年生 Ｐ ｃｅ ｅｅ ） （ ｍ ｕａ ｅ ） 是多 Ｂ ｉ ｅ
木本植物。因其生长快，繁殖更新能力强，产量高，材质力学强度大，适应性强等特
点决定了竹子在当今林业建设中的重要地位。如果经营管理得当，可实现持续利用。
外、中、里三层的热解失重都有不同 程度的上升。竹材样品形状从粉末变为条状、 块
状，竹材热解前半段失重下降，热解后半段失重上升，总体来说失重下降，而且三层 的变化趋势相同。 竹材热解的Ｄ Ａ结果显示， Ｔ 热解过程中， 水分逸出是吸热的， 但是， 吸热较小，而半纤维素、纤维素和木质素的热解是放热的，在 ９０ ０ ℃和 １０℃之间， ００ 有一个明显的吸热过程，是由于相变引起的，为进一步的大型热解的最终温度设置提
反应变化和试验条件对反应的影响，所以，目前只能在假设的基础上，进行表观动力
学研究。
本文的内容分为两个部分，首先利用热重分析仪，进行了小样品竹材在不同加热 速率和样品状态下的热解动力学及热解过程中的相变研究、热解动力学分析和产率分 析。然后在热解管实验中，考察了加热速率、样品尺度和热解最终温度对大样品竹材
品必然能拉动地区经济增长，能给产竹地区带来经济效益。对竹材热解动力学的深入
系统的研究是开发竹类产品生产工艺、优化工艺参数的必不可少的依据。目前，虽然
国内外对生物质的热解研究很多，但是个关于竹材热解过程方面的探索，却少深入系
统。特别是在竹材热解动力学等基础研究方面，鲜见报道。
竹子是一种天然高分子化合物，主要是由纤维素、半纤维素和木质素组成。与其 它生物质一样，其热解过程十分复杂，很难准确地把握竹子热解过程中每一个组成的
ｅｐｒ ｅｔ ｄｔ ｗ ｓ ａ ｄ ｓ ｏ ｘ ｅｉ ｎａ ａ ａ ｔ ｔ ｂ ｅ ｎ ｍ ｌ ａ ｒ ｅ ａ ｄ ｅ
０ ， １ ａｄ ｓｅｔ ｅ ， ． １ ． ｎ ２ ｒ ｐｃｖｌ ｔ ５ ， ５ ｅ ｉ ｙ ｈ ｅ
ｙｉ ｋ ｅｃ ｄｌ Ｔ ｅ ｓ ｉｔ ｍ ｅ ｈ ｓ ｉ ｏ ． ｎ