基于木质素部分脱除及其含量对生物质热解特性的影响
纤维素、木质素含量对生物质热解气化特性影响的实验研究
样品
嚣弈：雾辜：弄耋萎：某薷霎
∞
舳
∞
∞
加
每次实验生物质样品量为５ ｍｇ左右，分别在 Ｎ２与Ｃ０２气氛下进行热解和气化实验．实验原料 分林业植物松木，农业植物稻壳、稻草、棉杆、玉米
０ 松木
稻草
棉轩玉米芯稻壳”蔗渣
图１生物质中纤维索，木质素以及酸性可溶有机物含量
Ｆｉｇ．１ Ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ ａｎｄ ｌｉｇ】ｎｉｎ ｃｏｎｔｅｎｔｓ ｉｎ ｓｅｖｅｒａｌ ｔｙｐｅｓ ｏｆ ｂｉｏｍａｓｓ
关键词生物质；纤维索；木质索；热解；气化
中图分类号：ＴＫ６
文献标识码，Ａ
文章编号；０２５３－－２３１Ｘ（２００８）１０－１７７１－０４
ＥＦＦＥＣＴ ｏＦ ＣＥＬＬＵＬｏＳＥ ＡＮＤ ＬＩＧＮＩＮ ＣｏＮＴＥＮＴ ｏＮ ＰＹＲｏＩⅣＳＩＳ
ＡＮＤ ＧＡＳＩＦＩＣＡＴＩｏＮ ＣＨＡＲＡＣＴＥＲＩＳＴＩＣＳ ＦｏＲ ＳＥＶＥＲＡＬ
第２９卷第１０期 ２００８年１０月
工程热物理学报
ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ ＴＨＥＲＭＯＰＨＹＳＩＣＳ
Ｖ０１．２９，Ｎｏ．１０ ０ｃｔ．．２００８
纤维素、木质素含量对生物质热解气化 特性影响的实验研究
吕当振姚洪王泉斌 李志远 彭钦春刘小伟 徐明厚
（华中科技大学煤燃烧国家重点实验室， 湖北武汉 ４３００７４）
收稿日期：２００７－１２－１４；修订日期：２００８－０７－１４ 基金项目；教育部科学技术研究重点资助项目（Ｎｏ．１０７０７４）；国家自然科学基金资助项目（Ｎｏ．５０７２１００５，Ｎｏ．５０３２５６２１） 作者简介：吕当振（１９８２～），男，湖北武汉人．博士研究生，主要从事生物质热解气化特性及其应用研究。
摘要 本文采用化学方法测定了六种生物质中纤维素和木质索的含量，通过热重研究了实际生物质及用纤维素、木质 素按一定比例混合模拟生物质的热解和气化特性，并结合电子扫描电镜（ＳＥＭ）对焦样进行了微观形貌分析。结果表明ｓ 在本文所选择的生物质中纤维素的含量高于木质索，两者一般在５５％一８５％和１０％一３５％．生物质热解分为纤维素热解 和木质素分解两个阶段，对应于气化过程中挥发份析出和焦炭气化。在热解过程中，首先纤维素发生热解皂现快速失重过 程，接着木质索缓慢热解．实验发现生物质中纤维素含量越高，热解反应速率就越大；反之，木质素含量越高，热解反应 速率越小．通过对焦形貌与气化研究，发现气化特性与生物质中纤维索和木质索的含量有着密切联系．因此纤维索、木质 素含量是影响生物质热解气化特性的重要因素之一．
生物质的快速热解及热解机理研究
生物质的快速热解及热解机理研究生物质快速热解是指在高温、短时间内将生物质分解成可燃性气体和液体油的过程。
这种技术可以作为替代传统石化燃料的绿色能源，因为生物质是可再生的，且对环境友好。
生物质快速热解机理主要包括两步，即干燥和热解。
干燥是将生物质中的水份去除，促进生物质分解。
热解是在高温下将分子分解成小分子，同时也有新的分子生成。
热解过程中，生物质的化学成分与温度、反应间隙、反应速度和反应机理等因素密切相关。
生物质的化学成分是热解中的关键因素，其中含有三种主要组分：纤维素、半纤维素和木质素。
纤维素和半纤维素是生物质中的主要成分，直接热解可以得到固体炭、焦油和气体产物。
木质素是一种复杂的天然高分子化合物，难以直接热解。
因此，需要将木质素与纤维素和半纤维素一起热解，以获得最大的产物。
温度是生物质快速热解过程中的另一个重要因素。
在低温下，热解可以通过干馏法将生物质分解成煤焦油、固体炭和气等产物，但是这种方法不适用于生物质。
相反，生物质快速热解需要高温来实现。
研究表明，在500-700°C的温度范围内，生物质的热解效率最高，产物中的液体油和可燃气体的产量也最大。
此外，反应间隙也影响着生物质快速热解的反应速度和产物的组成。
间隙过小会造成局部温度过高，导致产物焦化并降低热解效率。
反之，间隙过大则会降低反应速度，从而影响产物的组成。
因此，合适的反应间隙对于生物质快速热解来说至关重要。
总之，生物质快速热解具有广泛的应用前景，但热解机理的深入研究和掌握对于其实现和优化至关重要。
研究生物质的化学成分、温度和反应间隙等因素对于生物质快速热解的了解不仅有助于提高生物质快速热解的效率，还能为替代传统石化燃料的绿色能源的发展提供可靠的技术支持。
生物质热解实验报告
生物质热解实验报告
以下是一份简单的生物质热解实验报告，供参考：
实验目的：探究不同种类的生物质在不同温度下的热解特性。
实验材料：木材、竹子、秸秆、玉米芯等多种生物质材料。
实验设备：管式炉、热重分析仪、傅里叶变换红外光谱仪等。
实验步骤：
1、将不同种类的生物质材料分别粉碎成不同大小的颗粒，并按照一定比例混合。
2、将混合物放入管式炉中，按照不同的温度和时间进行热解实验，分别记录下不同温度下的热解产物和热解特性参数。
3、对热解产物进行热重分析和傅里叶变换红外光谱分析，以进一步了解热解产物的化学成分和结构。
实验结果：
不同种类的生物质在不同温度下的热解特性有所不同，其中以秸秆的热解产物最为复杂，而木材的热解产物相对较为单一。
在较低温度下，热解产物主要为挥发性有机物，随着温度的升高，热解产物中的固体产物逐渐增多，其中以竹
炭的固体产物最为丰富。
在较高温度下，热解产物中的气体产物逐渐减少，而液体和固体产物则逐渐增多，其中以玉米芯的固体产物最为丰富。
通过对热解产物进行傅里叶变换红外光谱分析，可以进一步了解热解产物的化学成分和结构。
例如，在热解温度为500℃时，秸秆的热解产物中可以检测到较强的C-H键和芳香族环化物，说明热解产物中含有较多的挥发性有机物。
而在热解温度为800℃时，秸秆的热解产物中可以检测到较强的C=O键和C-O键，说明热解产物中含有较多的芳香族化合物和羟基化合物。
结论：
通过对不同种类的生物质在不同温度下的热解特性进行实验研究，可以了解不同生物质在热解过程中的化学变化和产物组成，对于生物质能源的开发利用具有重要的意义。
生物质的快速热解及热解机理研究
生物质的快速热解及热解机理研究生物质是一种可再生的能源资源，其快速热解技术在能源利用和环境保护方面具有重要意义。
本文将探讨生物质的快速热解及其热解机理研究。
快速热解是一种高温、短时间内对生物质进行加热分解的过程，通过这一过程可以得到液体燃料、气体燃料和固体炭等有用的产物。
快速热解技术在能源转化和减少碳排放方面具有重要的应用价值。
生物质的热解机理是指生物质在高温下发生化学和物理反应的过程。
热解过程中，生物质中的纤维素、半纤维素和木质素等主要成分会发生热解反应，产生液体、气体和固体产物。
热解反应主要包括干馏、裂解、气化和炭化等过程。
干馏是指在缺氧或低氧条件下，生物质中的挥发性物质被释放出来。
这些挥发性物质主要包括水、酸、醛、酮等。
干馏是生物质热解的第一步，对于液体和气体产物的生成具有重要影响。
裂解是指在高温下，生物质中的高分子化合物被断裂为低分子化合物。
裂解过程中，纤维素和半纤维素会分解为糖类、酚类和醇类等低分子化合物。
木质素则会分解为苯酚类和芳香烃类化合物。
裂解反应是生物质热解的关键步骤，对于液体和气体产物的生成具有重要影响。
气化是指生物质在高温下与气体反应生成气体的过程。
气化过程中，生物质中的碳水化合物被分解为一氧化碳和氢气等气体产物。
气化反应是生物质热解的重要环节，产生的气体可用于发电、供热和合成化学品等领域。
炭化是指生物质在高温下失去挥发性物质，生成固体炭的过程。
炭化过程中，生物质中的无机物质也会得以保留，形成矿物质残留物。
炭化反应是生物质热解的最终阶段，产生的固体炭可以用作燃料或其他工业用途。
研究生物质的快速热解及热解机理对于提高生物质能源的利用效率和减少环境污染具有重要意义。
研究人员通过实验和数值模拟等手段，探索不同反应条件下生物质热解的机理和影响因素。
研究结果表明，反应温度、反应时间、生物质种类和粒径等因素对于热解产物的种类和产率有重要影响。
在实际应用中，快速热解技术可以将农林废弃物、城市固体废弃物和能源作物等生物质资源转化为有用的能源产品。
生物质热解过程中的产物特性
生物质热解过程中的产物特性生物质热解是一种将生物质在缺氧或无氧条件下加热分解的过程，通过这一过程可以得到多种有价值的产物。
这些产物具有各自独特的特性，对于能源利用、化工生产和环境保护等领域都具有重要意义。
生物质热解的产物主要包括生物油、生物炭和不可冷凝气体。
生物油是一种复杂的混合物，包含了数百种有机化合物。
它具有较高的能量密度，但同时也存在一些缺点，如稳定性差、腐蚀性强和含水量高。
生物油中的化学成分非常丰富，包括羧酸、醇、醛、酮、酚类和酯类等。
这些成分的比例和种类会受到生物质原料的种类、热解条件（如温度、加热速率和停留时间）等因素的显著影响。
例如，以木质生物质为原料得到的生物油中酚类化合物的含量相对较高，而以农作物废弃物为原料得到的生物油中则可能含有更多的羧酸和酯类。
生物炭是生物质热解的另一个重要产物。
它是一种富含碳的固体物质，具有多孔结构和较大的比表面积。
这些特性使得生物炭在土壤改良、碳封存和污染物吸附等方面表现出优异的性能。
生物炭的孔隙结构可以为土壤中的微生物提供栖息和繁殖的场所，从而改善土壤的肥力和结构。
同时，生物炭能够吸附土壤中的重金属和有机污染物，降低它们的迁移性和生物有效性，减少对环境的危害。
此外，生物炭中的碳相对稳定，可以在土壤中长时间存在，从而实现碳的长期封存，有助于缓解气候变化。
不可冷凝气体是生物质热解过程中产生的另一种产物，主要成分包括一氧化碳、氢气、甲烷和二氧化碳等。
这些气体具有较高的热值，可以作为燃料直接使用，或者用于合成其他化学品。
其中，氢气是一种清洁的能源载体，具有广阔的应用前景。
通过优化热解工艺条件，可以提高不可冷凝气体中氢气的含量，从而提高其利用价值。
在生物质热解过程中，温度是影响产物特性的关键因素之一。
一般来说，随着热解温度的升高，生物油的产量会先增加后减少，而生物炭和不可冷凝气体的产量则会相应增加。
这是因为在较低温度下，生物质主要发生解聚和脱水反应，生成较多的生物油；而在较高温度下，生物油会进一步分解为小分子气体和焦炭。
抽提物的去除对生物质热解的影响研究
抽提物的去除对生物质热解的影响研究胡亿明;蒋剑春;孙云娟;杨中志【摘要】利用惰性溶剂除去生物质中的可溶抽提物得到相应的抽提残渣,采用FT-IR对抽提残渣和生物质原样进行结构表征,并利用管式炉反应器以10 ℃/min的升温速率对抽提残渣和生物质原样进行热裂解实验,以了解它们的热裂解产物分布及热解规律.结果表明,抽提物的去除不会改变生物质的基本结构,对其热失重行为的影响也很小.热裂解三相产物中气体产物产率最大,达50％,其主要成分为H2,CO,CO2,CH4以及小分子烃类.与生物质原样相比,抽提残渣中的H2产率上升,而CO产率下降.液相产物中主要是酚类、烷烃类、四氢呋喃类、酮类、酸类、酯类、多环芳香类化合物和少量脱水单糖.其中酚类物质含量最多,超过55％.而且在抽提残渣的焦油产物中,酚类的总量和种类均比生物质原样多,其他类物质产率与生物质原样相比则有所减少.【期刊名称】《可再生能源》【年(卷),期】2014(032)003【总页数】7页(P358-364)【关键词】生物质;抽提物;管式炉;热解;GC-MS【作者】胡亿明;蒋剑春;孙云娟;杨中志【作者单位】中国林业科学研究院林产化学工业研究所,生物质化学利用国家工程实验室,国家林业局林产化学工程重点开放性实验室,江苏省生物质能源与材料重点实验室,江苏南京210042;中国林业科学研究院林产化学工业研究所,生物质化学利用国家工程实验室,国家林业局林产化学工程重点开放性实验室,江苏省生物质能源与材料重点实验室,江苏南京210042;中国林业科学研究院林产化学工业研究所,生物质化学利用国家工程实验室,国家林业局林产化学工程重点开放性实验室,江苏省生物质能源与材料重点实验室,江苏南京210042;中国林业科学研究院林业新技术研究所,北京 100091;中国林业科学研究院林产化学工业研究所,生物质化学利用国家工程实验室,国家林业局林产化学工程重点开放性实验室,江苏省生物质能源与材料重点实验室,江苏南京210042【正文语种】中文【中图分类】TK6;S216.20 引言生物质能是一种清洁的可再生能源，中国每年产生的生物质总量(干重)有50多亿t，相当于20亿t油当量，约为中国目前一次能源总消耗量的3倍[1]。
生物质热解反应机理及其优化研究
生物质热解反应机理及其优化研究近年来，随着全球能源需求的日益增长和传统化石燃料资源的日益枯竭，生物质能作为一种可再生、清洁的新型能源得到了广泛应用和研究。
生物质热解作为生物质能转化的一种重要方式，其反应机理及其优化研究也成为了当前生物质能研究的热点之一。
一、生物质热解反应机理生物质热解是指在生物质加热的情况下，生物质中的碳水化合物、蛋白质和木质素等有机化合物发生热分解反应，生成气体、液体和固体三相产物的过程。
生物质热解反应可以分为干热解和湿热解两种方式。
干热解主要是利用高温（500~900℃）下无氧条件，使生物质中的碳水化合物和木质素发生聚合反应，形成封闭的孔隙结构，导致生物质分解产物的收率降低。
而湿热解则是在高温（300~500℃）下搭配掺入的催化剂和水蒸气使生物质中的木质素和半纤维素降解生成液态产物，同时产生大量的气态产物和少量固态产物。
生物质热解反应的机理相对比较复杂，主要包括裂解机理和聚合机理两种。
裂解机理指的是生物质分子在高温和外界条件下，发生化学键裂解的过程。
而聚合机理则指的是生物质分子的重新生成的过程。
具体而言，生物质的热解反应机理包括以下几个方面：1. 木质素的裂解和重组生物质热解反应中，木质素是最难降解的组成部分之一，但也是生物质中碳含量最高的组分。
在高温下，木质素的大部分分子会发生裂解反应，产生一些小分子化合物，如芳香族化合物和非芳香族化合物等，同时也会生成一些碳骨架结构不稳定的化合物。
2. 纤维素的裂解和半纤维素的水解纤维素和半纤维素是生物质中的主要组分之一，但其在高温下的热解程度相对较低。
在生物质热解过程中，纤维素和半纤维素的主要降解途径是水解反应和裂解反应。
其中，在湿度较高的条件下，半纤维素可以被水分解为单糖分子，进一步对生物质热解反应的产物的种类和分布产生很大的影响。
3. 线性多糖和半纤维素等组分的裂解线性多糖和半纤维素等生物质组分主要是糖分子聚合而成，同样可以在高温下发生热裂解反应。
生物质燃烧技术的研究进展
生物质燃烧技术的研究进展摘要：生物质燃烧技术是生物质能转化利用途径研究较成熟的一种主要方式。
从影响生物质燃烧特性的因素出发，综述了生物质燃料组分、理化特性和运行条件在生物质燃烧技术中的作用，介绍了生物质燃烧过程的动力学模拟研究现状，对生物质燃烧过程中存在的问题进行了总结和探讨，并对今后生物质燃烧技术的发展进行了展望。
生物质是指来源于生物有机体的材料，尤其是基于植物体的材料，包括大量的草本植物、淀粉、纤维素、木质素等。
但目前生物质原料不仅仅局限于植物类的废弃物，还包括农林畜产品废弃物、食品加工产业废弃物、餐饮废弃物和城市有机生活垃圾等。
生物质能是绿色植物通过光合作用将光能储存为生物有机体内的化学能，与煤相比，生物质能作为新兴能源，受到全世界越来越多的关注，主要因其具有如下特点：①生物质能是一种绿色能源，符合可再生、可持续利用能源的目标，成为当前最洁净的能源之一，对环境污染小，可以降低对传统化石能，在生命周期内可以实源的依赖性；②生物质能在成长过程中吸收环境中的CO2现CO的零排放或零增长，降低使用化石燃料造成的温室气体排放量；③生物质2中灰分比重低、含硫量少和挥发分含量高；④生物质种类繁多、来源广泛、总量丰富，且具有本土特性。
生物质能由于其在社会效益、环境效益和经济效益中的可持续发展而备受世界各方重视并得以大力推广。
目前生物质能提供全球总量10％～15％的能源供应，是世界上排名第四的能源。
在工业发达国家中，生物质能占到能源总量的9％～14％，而在发展中国家则更高，占到25％～30％，部分地区甚至高达50％～90％。
但在这些国家中，大部分生物质能被当地低收入者用于炊事和供暖用能，商业化程度并不高，且热利用效率极低。
随着科技的进步，生物质能的转化利用形式也多种多样，改变了简单的直燃模式下利用效率低的缺点。
当前生物质能转化的方式主要可以归结为：热裂解、气化、液化、超临界流体提取、厌氧消化、厌氧发酵、酸解、酶解和酯化降解等，但这些生物质转换技术由于成本、技术的成熟度和使用效率等方面的原因，难以大面积推广，生物质能的应用仍以直接燃烧为主。
生物质热解特性及热解动力学研究
生物质热解特性及热解动力学研究一、本文概述Overview of this article随着全球能源危机和环境问题的日益严重，生物质作为一种可再生、环境友好的能源，其开发和利用受到了广泛的关注。
生物质热解作为生物质能转化和利用的重要途径之一，其特性及动力学研究对于提高生物质能源利用效率、优化能源结构以及减少环境污染具有重要意义。
本文旨在全面系统地研究生物质热解的特性及动力学行为，为生物质热解技术的进一步发展和应用提供理论支持和实践指导。
With the increasingly serious global energy crisis and environmental issues, biomass, as a renewable and environmentally friendly energy source, has received widespread attention for its development and utilization. Biomass pyrolysis, as one of the important pathways for biomass energy conversion and utilization, its characteristics and kinetics research are of great significance for improving biomass energy utilization efficiency, optimizing energy structure, and reducing environmental pollution. This articleaims to comprehensively and systematically study the characteristics and kinetic behavior of biomass pyrolysis, providing theoretical support and practical guidance for the further development and application of biomass pyrolysis technology.本文首先介绍了生物质热解的基本概念、原理及其在能源领域的应用前景。
五种甘蔗渣分离木质素热解特性及动力学
CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS 2017年第36卷第8期·2910·化 工 进展五种甘蔗渣分离木质素热解特性及动力学崔兴凯1，赵雪冰1，2，刘德华1，2（1清华大学化学工程系，北京 100084；2东莞深圳清华大学研究院创新中心，广东 东莞 523808） 摘要：木质素是自然界中最丰富的芳香类化合物，也是制浆造纸和木质纤维素生物炼制过程的主要副产物。
热解是将木质素资源化、能源化利用的一个有效途径。
但由于分离方法不同，所得的木质素产品具有不同的热解特性。
本文通过有机酸处理、碱处理和氧化处理从甘蔗渣中分离得到5种木质素，即乙酸木质素（AAL ）、Acetosolv 木质素（AsL ）、Milox 木质素（ML ）、过氧乙酸木质素（PAAL ）和碱木质素（AL ）。
采用差示扫描量热（DSC ）和热重分析（TGA ）对5种木质素的热解性质进行了研究。
发现5种木质素的热解过程均可分为水分脱除、玻璃化转变、热解和缓慢结焦4个阶段。
采用非等温的Coats-Redfern 积分法对热重数据进行动力学拟合。
结果表明，PAAL 在200～700℃范围内的热解为二级动力学反应，另外4种木质素则在250～700℃范围内为二级动力学反应。
5种木质素的热解表观活化能分别为AAL 33.33kJ/mol 、AsL 36.36kJ/mol 、ML 31.10kJ/mol 、PAAL 24.74kJ/mol 以及AL 36.93 kJ/mol 。
关键词：甘蔗渣；分离木质素；热解；动力学；分子量中图分类号：O636.2；TQ351 文献标志码：A 文章编号：1000–6613（2017）08–2910–06 DOI ：10.16085/j.issn.1000-6613.2017-0002Pyrolysis characteristics and kinetics of five isolated lignins fromsugarcane bagasseCUI Xingkai 1，ZHAO Xuebing 1，2，LIU Dehua 1，2（1Department of Chemical Engineering ，Tsinghua University ，Beijing 100084，China ； 2 Tsinghua Innovation Centerin Dongguan ，Dongguan 523808，Guangdong ，China ）Abstract ：Lignin is the most abundant natural aromatic polymer on earth. It is also a major byproduct of pulp and papermaking industry and lignocellulose biorefinery. Pyrolysis is one of the most promising ways to utilize lignin for production of fuels and chemicals. However ，the pyrolysis characteristics of lignin products are greatly dependent on the isolation methods. In present work ，five lignin products were isolated from sugarcane bagasse by organic acid ，alkaline ，and oxidative pretreatments ，respectively ，namely acetic acid lignin （AAL ），acetosolve lignin （AsL ），milox lignin （ML ），peracetic acid lignin （PAAL ）and alkaline lignin （AL ）. The pyrolysis of these isolated lignins was investigated using differential scanning calorimetry （DSC ）and thermogravimetric analysis （TGA ）. As indicated by TGA ，all of the lignin products showed four stages of weight losses ，namely water removal ，glass transition ，pyrolysis to small molecules and slow coking. The pyrolysis kinetics was analyzed by Coats-Redfern method. The results indicated that the pyrolysis process could be described as a second-order reaction in temperature range of 200—700℃ for PAAL ，and 200―700℃ for the other four lignins. The activation energies were determined as 33.33kJ/mol ，36.36kJ/mol ，31.10kJ/mol ，维素基生物源。
生物质热解影响因素及技术研究进展解析
《资源节约与环保》2019年第9期引言生物质能源是一种清洁型能源，也是一种可持续发展性的能源，在当前时代，生物质能源在很多方面已经取代了石化燃料，其高效的转换率以及洁净利用率越来越受到全世界的关注和青睐。
近年来，国内外的专家学者对生物质热解技术，以研究开发生物质热解技术和热解反应器为目标，针对生物质热解的特性和工艺技术进行了大量的深入研究。
1影响生物质热解的因素分析生物质热解技术是一门新兴的技术，其热解的过程会发生复杂的反应，但主要以裂解反应与缩聚反应为主，中间反应的途径较多。
根据国内外学者的研究，生物质热解反应以脱水反应、脱羰反应、脱羧反应及反羟醛缩合反应为主，同时还包括纤维素、半纤维素以及木质素的裂解反应，然后经过裂解残留物的缩聚反应，生成焦炭。
根据国内外学者的研究，影响生物质热解的因素主要包括原材料的类型、反应器类型、加热方式、温度提升速率、热解的温度、停留的时间、原材料中的水分含量、原材料的粒径、以及热解的技术都在不同的程度上影响着生物质的热解。
因此，深入研究影响生物质热解因素，对生物质能的研究开发具有极其重要的作用和价值。
2国外针对生物质热解技术研究的现状分析从上世纪七十年代开始，以美国为首的西方发达资本主义国家就开始了生物质热解技术的研究，发展到了今天，已经形成了较为完备的技术设备和工业化生产系统。
国际能源署为了推进生物质热解技术的开发利用，组织了美国、加拿大、英国、瑞典、芬兰及意大利等国的十多个研究小组进行了十多年的研究工作，根据发表的报告显示，取得的成果十分令人满意。
美国的Georgia 工学院于1980年开始研究引流床反应器，经过十年的研发，1989年末成功运行，该反应器可得58%的液体产物。
加拿大的Waterloo 大学于上世纪八十年代开始了生物质热解流化床技术和反应器的研究，研究的结果交由加拿大的达茂公司进行生产，该公司的流化床生物质热解设备日处理能力已经超过了200吨；而加拿大的Ensyn 工程师协会则研制出来了循环流化床工艺，在欧洲的芬兰安装了每小时处理20千克生物质的小规模装置，此后，又在意大利的Bastardo 建成了每小时处理650千克规模的示范装置；荷兰的Van Swaaij 和W Prins 等人于1989年提出并着手研制旋转锥式反应器，到1995年，取得了初步的研究成果。
生物质热解过程的机理研究及其应用
生物质热解过程的机理研究及其应用随着全球能源需求的增加，越来越多的国家正在寻找替代化石能源的方法。
生物质能作为一种可再生的替代能源形式逐渐引起人们的关注。
生物质热解技术是将生物质原材料通过加热处理，得到和化石能源相似的液体燃料和气体燃料的技术。
在生物质热解技术中，热解机理是关键因素之一，其了解对于生物质热解技术的提高和生物质能的发展都具有重要意义。
生物质热解过程的机理热解是指将固体材料加热至高温，经过物理和化学反应产生不同的产物的过程。
生物质热解过程主要包括干燥、裂解和炭化等几个阶段。
其中，干燥阶段主要是固体生物质中的水分蒸发，它的温度范围大约是100℃至200℃。
在干燥阶段后，生物质开始进入裂解阶段，该阶段是生物质热解过程的主要阶段。
记录生物质分解的温度-时间关系并对其进行曲线拟合，得出热解过程的动力学参数。
在热解过程中，生物质的物理性质，如材料的储水和传热性能，都会影响热解过程的速率和产物分布。
热解过程中的化学反应非常复杂，包括裂解反应、重组反应、剪切反应、气相反应、表面反应等。
不同生物质材料之间的化学反应机理也有所区别。
热解过程中在高温下发生的化学反应是多步反应过程，其中产生了甲烷、氢气、乙烯、和苯等有机生成物的生成机理非常复杂。
生物质的热解过程受到许多因素的影响，包括温度、反应物质量比、反应压力、反应时间、升温速率、气流速率等。
在实际应用中，需要控制这些参数以获得高效的生物质热解过程。
热解过程中的产物种类和分布也与生物质原材料的性质、处理方法、反应条件等因素密切相关。
生物质热解过程的应用生物质热解技术是制备液体燃料、化学品和高品质碳材料的有效方法。
液体燃料是由生物质热解生产的最主要的产物之一，包括纤维素、半纤维素、木质素和生物油。
纤维素和半纤维素是生物质中最主要的多聚糖，它们可以通过热解过程裂解成糖类、芳香烃、醇类等物质，并转化为液体燃料。
生物油是生物质热解过程中产生的化学物质，通常它的质量和产费均显著高于生物分解的其他产物。
硫酸法测木质素含量原理
硫酸法测木质素含量原理引言：木质素是一类存在于植物细胞壁中的复杂有机化合物，其含量的测定对于了解木材的性质和应用具有重要意义。
硫酸法是目前常用的测定木质素含量的方法之一，它基于木质素的独特性质和硫酸与木质素的化学反应机制。
本文将介绍硫酸法测木质素含量的原理及其应用。
一、硫酸法测木质素含量的原理硫酸法测木质素含量是基于硫酸与木质素的化学反应。
木质素中的苯环结构在硫酸存在下会被硫酸氧化，生成具有紫色或蓝色的吸收物质，其吸收峰位于280-310nm的紫外光区域。
该吸收物质的含量与木质素的含量成正比关系，因此可以通过测定吸光度来间接测定木质素的含量。
二、硫酸法测木质素含量的步骤硫酸法测木质素含量一般包括样品的制备、硫酸处理、吸光度测定等步骤。
1. 样品的制备：将待测样品粉碎成细粉，确保样品的均匀性和代表性。
2. 硫酸处理：将样品与稀硫酸混合，并加热反应。
硫酸的浓度和反应温度可以根据具体情况进行调整，一般浓硫酸和高温能够提高反应速度和产物的稳定性。
3. 吸光度测定：将反应产物与溶剂进行稀释，并用紫外可见光分光光度计测定其吸光度。
通常选择在280-310nm波长范围内进行测定，根据吸光度与木质素含量的标准曲线进行计算，得出样品中木质素的含量。
三、硫酸法测木质素含量的应用硫酸法测木质素含量广泛应用于木材、纸浆、纸张等领域。
具体应用包括以下几个方面：1. 木材品质评估：木质素含量是评估木材品质的重要指标之一，高含量的木质素通常表示木材具有较好的硬度、耐久性和抗腐蚀性能。
2. 纸浆制备：纸浆的制备过程中，木质素含量对纸浆的颜色、强度和抗老化性能等具有重要影响。
通过测定木质素含量可以优化纸浆的制备工艺，提高纸张的质量。
3. 纸张性能改进：纸张中的木质素含量会影响其光泽、透明度和耐久性等性能。
通过测定木质素含量，可以调整纸张的配方和加工工艺，改善纸张的性能。
4. 生物质能源开发：木质素是生物质能源的重要组成部分，其含量对生物质能源的燃烧性能和热值有着直接影响。
碱木质素在不同体系下热解特性及金属氧化物对热解产物的调控
摘要木质素作为一种重要的生物质资源，具有产物分布集中、资源量大和能量密度高等特点。
通过热解技术可将木质素高效转化为液体燃料和高附加值化学品。
然而，现阶段木质素热解存在生物油得率低、组成复杂、寡聚物含量高、单环酚类化合物选择性差等问题。
如何提升热解生物油的品质和单环酚类化合物的得率是木质素热解调控的关键。
催化热解作为一种有效的调控手段，不仅可以改善木质素热解产物分布和组成特性，还可以提升生物油的品质和目标产物的选择性。
本论文以桉木硫酸盐法制浆黑液为初始原料，采用二氧化碳酸析法提取黒液中的木质素，研究不同热解体系对其热解行为的影响，优选出有助于木质素热解产物提质的催化剂，并阐明富氢气氛下纳米金属氧化物对木质素催化热解提质的增益机制，得出以下结论：（1）通过二氧化碳酸析法提取得到的碱木质素C、H和O元素的含量分别为63.42%、6.06%和28.60%。
碱木质素的重均分子量（Mw）和数均分子量（Mn）分别为9119 g·mol-1和5304 g·mol-1。
碱木质素主要由C-C键链接，在每100个芳环单元之间只有3.8、2.5和1.3个单元是通过β-O-4ʹ、β-β′和β-5′的形式链接。
碱木质素以紫丁香基木质素结构单元（S型）为主，占到72%，其次是愈创木基木质素单元（G型，26%）以及少量的对羟基木质素单元（H型，2%）。
（2）在密闭体系下，碱木质素热解停留时间为90 s时，焦油得率最高（43.97%）。
延长热解停留时间，碱木质素二次反应加剧，脱甲氧基反应增强，G-型和S-型酚类化合物相对含量降低，H-型酚类化合物的相对含量增加。
在开放体系下，碱木质素热解产物焦油、气体和焦炭的得率分别为55.33%、2.25%和42.42%。
2,6,-二甲氧基苯酚含量达到2.56 wt.%。
开放体系下碱木质素热解焦油得率远高于密闭体系，更适合以液体燃料为目标的木质素热解资源化利用。
（3）在开放热解体系下，分子筛催化剂的加入则对焦炭的抑制不明显，却通过促进碱木质素热解焦油的二次反应，降低了焦油得率。
生物质热解产生的挥发物成分分析
生物质热解产生的挥发物成分分析生物质是一种优良的可再生能源，在逐渐取代传统的化石燃料，并被广泛应用于能源、化学工业等领域。
生物质热解是利用热能将生物质分解为小分子有机物的过程，其中产生的挥发物是了解生物质热解产物的重要组成部分。
本文将从挥发物的成分分析角度探究生物质热解的特性，以期为一定程度上应对全球能源危机提供思路。
一、生物质热解的基本原理生物质热解是通过热解反应将生物质分解为气体、液体和固体三种产物的过程。
在生物质热解中，通常将初始温度提高至400℃以上，针对所需产物选择特定的反应条件，如不同反应温度、反应时间、反应气氛等。
产物的组成和分布主要受到生物质物质结构、反应温度、反应气氛等因素的影响，其中挥发物占据了一个重要的位置。
二、生物质热解挥发物的成分分析挥发物在生物质热解后占据了一定比例，并且其组分涵盖了一系列不同种类的有机化合物。
1. 挥发物的主要成分在生物质热解挥发物中，主要成分包括了木质素和赤松烯等单体物质，以及苯、酚、醛、酮、萜类等复合物质。
其中，苯和酚是挥发物中主要的芳香环化合物，而醛和酮主要为脂肪族化合物。
此外，一些萜类化合物也存在于挥发物中，如油脂、松节油醇、萜烯、环烷烃等。
2. 不同温度挥发物的成分变化温度对挥发物成分的分布有着明显的影响。
一般而言，随着反应温度的升高，挥发物中单体物质的比例逐渐减少，而化合物比例逐渐上升。
在250℃以下时，主要挥发物包括芳香族化合物、烷烃和脂肪族化合物等。
300-500℃时，挥发物主要为苯系化合物、芳烃、酮类和醛类化合物等。
超过500℃时，挥发物中主要为多环芳香化合物、多酚类化合物等。
三、生物质热解挥发物的应用生物质热解挥发物中蕴藏着大量的有机化合物，其有着广泛的应用领域。
作为燃料，挥发物可以在热解过程中生成烃类和烃类饱和化合物，这些金属有商业应用潜力。
例如，挥发物中的乙酰基苯可以在热解后获得相关的化学品。
此外，挥发物也可以作为热源应用于工业热能领域。
木质生物质各组分热解过程和热力学特性研究(摘要)
物主要 集 中在 快 速热 失 重 阶段 ， 而 木质 素 产物 析 出量 较 少 ， 具 有较 宽 的析 出区域 ， 混合 组分 热 解 的 Ｔ Ｇ — Ｍ Ｓ结 果 与
到吸热峰 。木聚糖 与木质素 的混合组分热 解也 只有 一个 主要 由木 聚糖热解 引起的失 重峰 ， 热 解 区域稍往 高温 区移 动。 木聚糖吸热峰仅在木聚糖含量较高时出现。
２ ． 利用热重与傅立 叶红外光谱联用技术 （ Ｔ Ｇ — Ｆ Ｔ Ｉ Ｒ） 和热重质谱联用技术 （ Ｔ Ｇ — ＭＳ ） 对 生物质组分 及其混合组分进 行 热解和产物分析 。Ｆ Ｔ Ｉ Ｒ检测 到的热解产物 主要包括 Ｈ Ｏ、 Ｃ Ｈ 、 Ｃ Ｏ ： 、 Ｃ Ｏ和有机化合物 ， 水分 的析 出几乎在整个热解过 程， 其余产物 的析 出温度对应于各 自热失重区域 。混合组分热解 产物析出规律 总体 上是两者热解产物析 出的叠加 ， 其 中
的去除没有改变生物质 的基 本结 构 ， 对 其热 失 重行 为 的影 响也很 小。Ｔ Ｇ实验 中抽 提 物 的主要 热失 重 区 间为 ２ ２ ７～
ｃ ｏ ｍｐ ｏ ｎ ｅ ｎ ｔ ｓ （ Ａ ｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ）
胡亿 明（ １ ． 中国林业科学研究院 ， 北京 １ ０ ０ ０ ９ １ ； ２ ． 中国林业科学研 究院 林产化 学工业研 究所 ， 江苏 南京 ２ １ ０ ０ ４ ２ ） 生物质是 目前唯一 能够 同时提供 固体 、 液体和气体燃料的可再 生能源。然 而由于生物质结构 复杂 ， 其热解也是一 个 包含物理化学变化的复杂过程。为了揭示热解过程 中生物质及生物质组分 的吸放热规律 ， 以及组分 间的相 互影响规 律 ， 采用热分析技术及热重分析技术 对生物质及其组分热解过程进行 了研究 ， 所做 的工作主要有 如下几个方 面 ：
秸秆木质素降解及其对土壤微生物的响应综述
安徽农学通报，Anhui Agri，Sci，Bull，2021，27（17）秸秆木质素降解及其对土壤微生物的响应综述马俊祥王欣（吉林师范大学旅游与地理科学学院，吉林四平136000）摘要：秸秆还田是农作物秸秆资源最有效的归宿，因此秸秆木质素也成为了土壤有机质的重要组成部分。
土壤微生物能够准确地反映出土壤质量的变化，并且除去秸秆木质素自身结构的改变，由土壤微生物所主导的生物降解成为了秸秆木质素在土壤中周转的主要因素；秸秆木质素在降解过程中也会反作用于土壤微生物。
该文归纳并讨论了秸秆木质素的降解方式、速率、影响因素以及其与微生物的关系，为今后探索研究木质素与微生物的作用机制提供参考。
关键词：秸秆木质素；土壤微生物；降解中图分类号S182文献标识码A文章编号1007-7731（2021）17-0038-03我国农作物秸秆资源十分丰富，虽然秸秆还田已经成为发展绿色农业、改善土壤环境质量的有效方式之一，但如何进一步通过土壤微生物从本质上解决农作物秸秆的高效利用，是当前亟需关注的问题。
纤维素、半纤维素和木质素是农作物秸秆的重要组成成分，约占秸秆的80%［1-2］。
其中，木质素的结构和组成十分复杂，秸秆还田能够将秸秆中的木质素通过降解方式转化为土壤有机质［3］，从而为农业可持续发展提供一个稳定且持续的有机质来源。
王德汉等［4］研究表明，在等氮量的条件下，添加少量含氮木质素不仅可以使作物增产，还能提高氮肥利用率。
因此，秸秆木质素在土壤中的降解与周转过程是秸秆-土壤-农作物这一复合系统的重要研究内容。
明确木质素的降解方式以及木质素与土壤微生物的相互作用机制，对于高效利用秸秆、提高土壤肥力具有重要意义。
1秸秆木质素在土壤中的降解1.1降解方式与速率自然界中，秸秆木质素可以通过自身结构的转化与利用土壤微生物主导的生物降解方式在土壤中进行周转。
木质素在自身结构转化过程中，既可能会转化为易分解的有机化合物，也可能与其他化合物相结合生成更稳定的结构，最终可能导致土壤中形成最难降解的有机大分子［5］。
木质素热解的热重红外分析仪实验研究
木质素热解的热重红外分析仪实验研究车德勇;孙亚萍;孙艳雪【摘要】Thermogravimetric analysis-Fourier transform infrared spectromerer ( TG-FTIR) was applied to analy-sis the thermogravimetric and main gas products of alkali lignin pyrolysis .The heating rate and loaded alkali metal salts how to influence lignin pyrolysis processes were studied .The results show that:with the increasing of heating rate, the DTG curves of volatility phase become wider , the onset temperature and the maximum weight peak tem-perature move to the higher temperature side .The slow heating rate is of great benefit to gas products .It is found that the Na , Ca and K salts additive have a promoting effect on the formation of char , but they get the less CO and CO2 formation in entire temperature range .Compared to the other salt , the Ca salt has advantage on the product of CO and CO 2 in the temperature range of 600~700 ℃.%利用热重红外分析仪（ TG-FTIR）对木质素进行热重分析及主要气相产物分析；并探讨了升温速率和碱金属盐对木质素热解过程的影响规律。
生物质预处理技术及其对热解产物的影响综述
第48卷第1期2014年1月生㊀物㊀质㊀化㊀学㊀工㊀程Biomass Chemical Engineering Vol.48No.1Jan.2014doi:10.3969/j.issn.1673-5854.2014.01.008㊃综述评论 生物质能源㊃生物质预处理技术及其对热解产物的影响综述㊀㊀收稿日期:2013-01-01㊀㊀基金项目:国家自然科学基金资助项目(50930006)㊀㊀作者简介:胡海涛(1993 ),男,吉林白山人,本科生,研究方向:生物质热解液化工作㊀∗通讯作者:王贤华,男,副教授,硕士生导师,主要从事生物质高质化利用研究;E-mail :wxhwhhy@㊂胡海涛,李允超,王贤华∗,张帅,杨海平,陈汉平(华中科技大学煤燃烧国家重点实验室,湖北武汉430074)摘㊀要:总结了国内外各种生物质预处理技术及其对热解产物的影响的研究现状,分析了不同预处理方法的优势及存在的问题,指出微波干燥预处理是一种快捷的生物质干燥方式;脱灰预处理能加快生物质热解速率,并实现糖类组分的富集;而烘焙预处理则能提高生物油的热值㊂同时介绍了一些新型生物质预处理技术,如离子液体预处理可以减少裂解反应时间,使生物质油产率得到提升;而水热预处理则能使生物油中糖含量(主要是左旋葡聚糖)显著增加㊂并指出了今后的研究方向为:努力提高各种预处理方法的效率并降低预处理技术的成本;进一步改善现有预处理方法甚至发现新的预处理方法;通过学科交叉探索新的物理化学生物预处理技术;期望原料的预处理可以增加生物油中某些有特殊价值物质的含量或同时得到具有较高利用价值的气液固热解产物㊂关键词:生物质;热解;预处理;生物油中图分类号:TQ35;TQ519㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀文献标识码:A㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀文章编号:1673-5854(2014)01-0044-07A Review of Biomass Pretreatment Technologies and Their Influences on Pyrolysis ProductsHU Hai-tao,LI Yun-chao,WANG Xian-hua,ZHANG Shuai,YANG Hai-ping,CHEN Han-ping (State Key Laboratory of Coal Combustion,Huazhong University of Science and Technology,Wuhan 430074,China)Abstract :In this study,the research status of various biomass pretreatment technologies at home and abroad,and their effects on pyrolysis products were reviewed.The advantages and drawbacks of various pretreatment methods were summarized.It was found that microwave drying pretreatment could be an efficient way for drying biomass.The de-ash pretreatment could increase the reaction rate of biomass pyrolysis,and also enrich the carbohydrate content in bio-oils.The torrefaction pretreatment could increase the heating value of bio-oils.In addition,some other new pretreatment technologies for biomass were also reviewed,for example,the ionic liquid pretreatment could reduce the cracking time during pyrolysis,thus enhance the yield of bio-oils.The hydrothermal pretreatment could increase the sugar content (mainly levoglucosan)in bio-oils.Key words :biomass;pyrolysis;pretreatment;bio-oil 化石能源短缺的现状及化石燃料使用所带来的环境问题使开发环境友好的可再生能源成为当前能源领域的热点之一㊂生物质因其储量丰富㊁廉价易得㊁可再生㊁环境友好的优点成为理想的可再生能源㊂近年来热解技术的迅速发展使其成为生物质利用技术中较为高效和成熟的技术之一[1]㊂热解可将生物质转化为气液固三态产物,每种产物均具有较高的利用价值,根据反应温度和加热速率的不同,生物质热解分为慢速热解㊁快速热解和闪速热解[2]㊂慢速热解是生物质以0.1~1ħ/s 的较低速率升温到300~700ħ,并且热解产物停留10min 以上的热解,主要用于最大限度增加炭的产量;快速热解是在400~600ħ的中等温度㊁几百至1000ħ/s 的升温速度㊁小于1s 的气相停留时间的条件下进行的,主要用于获取液体产物;而闪速热解的升温速率大于1000ħ/s,热解产物停留时间小于0.5s,主要用来增第1期胡海涛,等:生物质预处理技术及其对热解产物的影响综述45㊀加生物油的产量㊂然而,无论是采用慢速热解还是快速㊁闪速热解,限于生物质原料特性,如组分复杂㊁含水量高㊁含氧量高㊁能量密度低和不稳定等缺点,导致热解产物特别是液体产物热值低㊁黏度高㊁含水量高㊁酸性强㊁易挥发和稳定性差,不利于其利用㊂预处理是生物质热解前的加工环节,会对生物质的特性(包括颗粒度㊁水分㊁挥发分和灰分等)产生影响,从而改变生物质热解过程及其产物的分布与性质(如较细的颗粒度和较低的灰分含量有利于提高生物油的产率,水分和挥发分含量降低有利于提高生物油的品质),预处理也是有效控制热解产物特性的方法之一㊂探索适合㊁有效,特别是能够改变生物质内在结构㊁提高热解效率及提高热解产物品质和产量的预处理技术具有重要意义㊂为此,笔者对相关预处理技术的研究现状进行了综述,对其中有效的预处理技术进行了总结,并提出了建议㊂1㊀生物质热解的预处理技术目前,基于热解利用的生物质预处理技术主要分为物理法㊁化学法㊁物理-化学法和生物法4大类㊂1.1㊀物理法物理法是指不破坏生物质化学结构的一种预处理方法,主要包括粉碎预处理和干燥预处理技术㊂适合的物理法可以有效改善生物质特性,提高生物质热解效率以及提升生物油的品质㊂1.1.1㊀粉碎预处理㊀固体物质在外力作用下碎裂的过程叫做粉碎㊂其中,大块物料碎裂成粒度为1~ 5mm的小块称为破碎;小块物料碎裂成粒度小于1mm的细粉称为粉磨㊂这一过程可在粉碎机上完成㊂粉碎技术能够使生物质表面积增大,颗粒度减小[3]㊂刘运权等[4]发现生物质颗粒的大小对热解具有较大的影响,颗粒减小的同时生物油产率一般随之增加㊂从物质和能量传递的角度分析,这是因为较小的生物质颗粒有利于加热介质与生物质间的传热,加快生物质分解速度,且挥发分快速离开热解反应区,使一次裂解在二次裂解发生之前反应完全,从而提高生物油产率㊂从反应温度的角度分析,生物质粒径过大会使升温时间增加,从而在较低温度下发生热解反应以及二次裂解,增加炭和不冷凝气体的产率,减少生物油的产率㊂Wan Isahak等[5]的研究得出了类似的结论,但他同时指出,过细的颗粒度会带来预处理成本的增加,而且粒径过细会发生热解不完全现象,热解产物也不宜分离㊂由此可见,粉碎是热解前必备的工序,适宜的颗粒度有利于提高生物油产率㊂值得注意的是,生物质最佳的粒度没有统一标准,主要由生物质种类和热解所用装置决定㊂例如纤维素组分高的生物质原料,颗粒粒径的要求可以适当放宽㊂1.1.2㊀干燥预处理㊀一般生物质原料中水分含量较高,若直接热解将会降低生物油的热值及品质,不利于生物油的应用,从能量利用的角度也是不利的,水分的蒸发阻碍了热解反应的发生,降低传热速率,且水分先蒸发后冷凝,产生能量损失,因此原料的干燥是不可缺少的步骤㊂干燥技术包括自然干燥㊁热风干燥和微波干燥㊂其中自然干燥不需要专门的设备,但效率最低,难以控制原料的含水量,故一般只将其作为预处理的第一个步骤㊂热风干燥是热量由外向内传递从而让水分气化蒸发,但该方式缺点是加热时间较长㊁效率较低㊂陈登宇等[6]采用热风干燥稻壳,发现处理后稻壳的组分及化学结构无明显变化,但表面结构却发生改变,内表面不再光滑致密而呈破碎状,出现大量空洞和裂纹,这有利于传热以及挥发分的析出㊂微波干燥是使原料置于微波电磁场进行无温度梯度的加热,具有均匀㊁快速和节能的显著优势[7]㊂王贤华等[7]研究表明微波干燥的速率快于热风干燥速率5倍以上,有利于纤维素和半纤维素的热解;同时,微波干燥后原料内部的孔隙结构得到改善,这有利于挥发分的析出,缩短停留时间,抑制生物油蒸汽的二次裂解反应,从而提高生物油产量,而一次热解产物含量的增加也有利于提高生物油的品质㊂由此可见,微波干燥相对另两种干燥技术,更有利于提高干燥的效率以及提升生物油产率和品质㊂考虑到微波干燥成本较高,因此可以与成本较低的热风干燥结合,实现生物质的快速高效干燥㊂需要指出的是,完全干燥也没有必要,适当的水含量对热解是有利的,能够提高液体产率和品质等㊂1.2㊀化学法化学法预处理是指采用化学试剂预处理生物质,它同样可以改善生物质特性,如脱灰和添加金属盐46㊀生㊀物㊀质㊀化㊀学㊀工㊀程第48卷预处理技术能够改变生物质中金属元素的组成含量等㊂化学法预处理可以对生物质热解速率以及三态产物分布产生影响,主要包括脱灰预处理㊁添加金属盐预处理㊁有机溶剂预处理和离子液体预处理㊂1.2.1㊀脱灰预处理技术㊀生物质主要由纤维素㊁半纤维素㊁木质素以及少量的灰分组成㊂其中灰分中含有少量的金属元素,如Ca㊁Al㊁Na㊁Fe和K等,它们直接影响生物质热解㊂研究表明,金属盐含量越多,生物油产率越低,且生物油中易挥发成分也越多,产生的酸也多,而酸的存在不利于生物油的稳定性,从而降低生物油品质㊂因此,为了提高生物油的产率及品质,可以采用脱灰预处理㊂脱除灰分通常采用的方法为洗涤,包括水洗和酸洗两种方法㊂一般认为,水洗不会对生物质的组分产生显著影响,对灰分的剔除效果一般;而稀酸洗涤则可将生物质中的灰分清除的较为彻底,但同时也可能对生物质的组分产生一些结构上的影响,影响程度主要与酸的种类有关[8]㊂杨昌炎等[8]通过实验证明了水洗㊁硝酸酸洗对生物质结构没有大的影响,但酸洗脱除金属离子程度要高于水洗㊂其中硝酸酸洗能脱除78%的Ca盐,并完全脱除K盐,但水洗只能脱除K盐㊂辛芬[9]的研究得出了与杨昌炎相似的结论㊂此外,钾钙两种盐分的脱除有利于左旋葡聚糖等较大分子产物的生成,从而增加生物油中某些具有特殊价值的物质的含量㊂Stephanidis等[10]也发现酸洗有利于提升糖(特别是左旋葡聚糖)产量,同时生物油中的羧酸,酮类以及酚类含量下降㊂谭洪等[11]进行了不同酸预处理对热裂解影响的实验研究,结果表明酸洗明显降低了生物质中的金属离子含量,同时热裂解后气体和焦炭产量降低,而焦油产量升高㊂其中盐酸对热裂解产物分布影响最强㊂姬登祥等[12]使用去离子水和质量分数分别为3%㊁7%和10%的盐酸㊁硫酸和磷酸溶液对稻秆进行水洗和酸洗处理㊂结果是水洗和酸洗对脱除金属K盐效果较明显;盐酸和磷酸溶液的浓度对稻秆热裂解特性的影响不显著;但硫酸溶液浓度提高,TG曲线和DTG曲线变化显著,且酸洗有利于挥发分的析出㊂原因可能是稻秆孔道被清洗干净,使挥发分析出更通畅㊂陈东雨等[13-14]对酸预处理甜高粱茎秆残渣的热解以及酸预处理棉花秆的热解研究也表明盐酸酸洗有利于挥发分的析出㊂丁同利等[15]将经过脱灰预处理的麦秸在440ħ下热解发现得到的生物油产量提高,且油中C含量增加O含量减少,生物油品质得到提升㊂Wang等[16]对松木原料进行稀酸预处理,结果表明预处理会对油产量及其组分产生影响,特别是1%的H2SO4的处理得到的油产量及品质(高pH值㊁高热值和低含水量)是最好的㊂以上研究人员的结论表明脱灰预处理能除去部分金属离子,有利于挥发分的析出,提高生物油的产率并得到含酸量低㊁含氧量低㊁含灰量低和含糖量高的高品质生物油,但脱灰技术增加了预处理的成本,需要综合考虑㊂1.2.2㊀添加金属盐预处理技术㊀对于添加金属盐预处理,许多研究表明金属盐对生物质热解反应具有催化作用,并且热解转化率随着金属盐浓度的增加而增加[9,17]㊂武宏香等[18]的实验结果显示,碱金属能促进纤维素在较低温度分解,但会降低反应速率并增加固体产物产率,同时导致气体产物中CO和C2 (C2H4㊁C2H6及C2H2)体积分数降低㊁CO2和CH4含量提高㊂这与谭洪等[19]得出的钾离子明显促进了热解气体产物中CO2的生成同时抑制了CO的生成的结论是一致的㊂谭洪等还发现钾离子能够降低生物油的产量而得到更多的焦炭和气体产物㊂钙离子催化焦炭生成的作用比钾离子更好,而镁离子作用最不明显㊂杨昌炎等[7]通过预处理玉米秸秆发现K和Ca在热解中起到的催化作用能促使秸秆热解向小分子(如羟基乙醛,CO2和酸类等)的产物转化㊂王震亚等[20]将K2CO3与白松木屑以干法混合和湿法混合两种不同的方式进行混合,结果表明两种方法都会使白松裂解气体的产率上升且各组成气体的释放温度前移,同时液体产率下降㊂对比后发现干混的催化效果好于湿法㊂王贤华等[21]通过实验也发现适量的K2CO3有利于生物质的热解,并使其热解温度降低㊂辛芬[9]的研究同样显示:大量金属盐可以提高焦炭产量㊂K2CO3对热解特性影响明显,使生物质的最大热解速率明显减小㊂牛艳青等[22]通过对金属元素(Al/Fe/Na/K/Zn/Ca)催化木屑的快速热解得出结论:加金属元素使生物质的热解速率降低,热解反应速率大小依次为:不加添加剂>Al2O3>Fe2O3>ZnO>KCl>CaO>NaCl㊂此外,通过FTIR 分析还发现含金属元素添加剂的加入能够抑制CO的产量,抑制能力依次为Fe2O3>ZnO>NaCl>CaO >KCl>Al2O3;Al2O3/Fe2O3/ZnO的添加可以缩短CH4和CO的析出时间㊂以上研究结论总结起来,金属盐预处理起到的作用与脱灰预处理正好相反,它虽然会使反应速率下降,降低生物油产量,但作为催第1期胡海涛,等:生物质预处理技术及其对热解产物的影响综述47㊀化剂,能对热解反应产生催化效应,且使热解温度降低㊂此外,如果想要通过热解得到更多的焦炭和气体等目标产物,可以在预处理成本允许的情况下采用添加金属盐预处理技术㊂1.2.3㊀有机溶剂预处理㊀在一些文献中,报道了研究人员利用有机溶剂(如乙酸铵㊁丙酮和乙醇等)处理生物质并在一定程度上改变了其特性㊂Saddawi等[23]用有机溶剂乙酸铵处理生物质,发现生物质中碳氢含量没有很大变化,而氮含量有所增加,灰分含量降低(脱除有机盐分),因此乙酸铵预处理效果类似于脱灰预处理㊂Carrier等[24]提到有机溶剂乙醇和丙酮能够改变纤维素纤维的排列方向,能够提高热解产物的产率㊂他在实验中发现乙醇和丙酮预处理更倾向于减少有机抽取物而不改变生物质木质素的分布,因此DTG曲线与未处理的生物质大致相同,但预处理后生物质灰分含量较低,且热解开始的温度比用酸预处理的更高㊂对于更多种类的有机溶剂作用于生物质热解过程还有待于进一步研究㊂1.2.4㊀离子液体预处理㊀离子液体是由有机阳离子和有机或无机阴离子组成的盐类化合物,在室温或稍高于室温的条件下呈液态㊂离子液体也被称为室温离子液体㊁室温熔融盐㊁有机离子液体等㊂一般的离子化合物只有在高温情况下才是液体状态,因此,离子液体呈液态温度范围广,有较好的化学和热稳定性,在有机合成等方面有着广泛的应用[25]㊂其中离子液体在生物质热解上的应用也得到了一定研究㊂通常,生物质很难溶于水及一般溶剂,但纤维素却能很好溶解于某些离子液体中,从而适用于纤维素热解的反应中㊂Zhang等[26]研究表明,纤维素无需其他预处理便可以溶解在离子液体[AMIM]Cl中,同时[AMIM]Cl耐热性强,利于回收㊂罗慧谋等[27]发现离子液体[HeMIM]Cl是纤维素的优良溶剂, 70ħ时纤维素溶解能力为5%~7%㊂柯改利[25]指出阴离子为强氢键受体如(Cl-)的离子液体,可以溶解纤维素的原因是Cl-与纤维素分子支链上的羟基可以形成新的氢键,使纤维素分子内及分子间的氢键破坏,从而降低纤维素的结晶度㊂柯改利[25]利用离子液体对生物质结晶度降低的特性,能够使生物质快速裂解,从而节约热解反应时间㊂他还提到离子液体预处理生物质所得到生物油的产率也要高于大部分化学方法处理后所得生物质油产率㊂离子液体预处理的另一个优点是简化生物质资源利用过程中化学成分的分析㊂离子液体作用于生物质裂解的机理性研究还鲜有报道,具有一定的研究价值,但离子液体的合成与制备成本较高,且离子液体在反应过程中会发生热解损耗,每次试验后只有61%左右得到回收利用[25],因此这种预处理方式暂时难以推广㊂1.3㊀物理-化学法物理-化学法是在高温条件下发生复杂物理化学反应的预处理技术㊂主要包括蒸汽爆破预处理㊁烘焙预处理和水热预处理㊂1.3.1㊀蒸汽爆破预处理㊀蒸汽爆破预处理技术是在高温(180~240ħ)㊁高压蒸汽作用下通过瞬间泄压过程实现原料的组分分离和结构变化,这一过程可由蒸汽爆破设备完成[28]㊂任天宝等[29]采用热重分析法对蒸汽爆破预处理玉米秸秆进行了分析研究㊂结果经预处理过的玉米秸秆与原样在同样加热速率条件下相比,最大热分解速率提高34.57%,指前因子提高8%~10%,活化能降低24.13%~32.56%㊂杨昌炎等[30]通过汽爆和发酵分级处理麦秸并热解后发现,产物中热解干气减少,热解液体相应增加且其中酸含量减少㊂这有利于进一步研究开发酸含量低的高品质生物油㊂Biswas等[28]以柳树木屑为原材料进行爆破预处理,结果发现原料中灰分和碱金属含量下降㊂同时碳含量增加氧含量下降因而提升了热值㊂Xu等[31]观察到蒸汽爆破预处理羊毛纤维残渣有利于热解后焦炭产量的增加,原因可能是预处理过程去除掉了生物质中一些松散的成分㊂由以上研究可以发现蒸汽爆破作为一种有前景的预处理技术,它能够提高热解速率,减少原料中的灰分及氧含量,从而提高热值,并能通过热解获得更高产量的焦炭以及低酸性的高品质生物油㊂1.3.2㊀烘焙预处理㊀烘焙又称为低温热解,是一种常压和无氧的情况下,在200~300ħ内慢速热解的过程㊂烘焙可以脱掉生物质中的水分及部分挥发分,提高其能量密度和可磨性,从而改善生物质特性㊂朱波等[32]通过对稻秆和棉秆烘焙预处理研究发现烘焙后生物质碳含量明显提高,水分及氧含量降低,能量密度提高,生物质可磨性提高,便于运输并有利于进一步的热解液化㊂王贵军等[33]同样选用稻秆和棉秆作为材料,烘焙制得的生物质半焦也具有相似的性质:能量密度显著提高,可磨性得到改善并且48㊀生㊀物㊀质㊀化㊀学㊀工㊀程第48卷具有了疏水性,从而便于储存运输和降低制粉能耗,是促进生物质大规模利用的有效方法㊂他推荐烘焙预处理条件为250ħ㊁30min㊂陈青等[34]通过实验发现,烘焙过程可在一定程度上破坏生物质中的木质纤维结构,烘焙得到的固体产物氧碳比降低并具有多孔结构㊂邓剑等[35]通过对稻秆的烘焙发现稻秆烘焙产物以固体焦和不凝结气体为主,还有少量水分和焦油㊂在最佳条件下预处理的固体产物质量产率为36%~60%,能量产率为40%~60%㊂施勇等[36]研究了烘焙预处理对秸秆类生物质产物和气体浓度分布的影响,结果表明:随着烘焙温度的提升,挥发分含量升高,热解焦含量减低㊂热解气体产物中主要成分为CO和CO2,较少的CH4和微量的H2,且焦量和气体的浓度分布不仅与热解温度有关,还与生物质种类的组成相关㊂王贵军等[37]进行的棉花秆和小麦秆N2氛围下的低温热解试验得出了基本相同的结论㊂赵辉等[38]的实验表明:生物质的能量产率随着烘焙温度的提高而降低,其中中温烘焙能获得较好的固体和能量产率,此外烘焙可降低制粉电耗并使其易磨,从而提供了一个将生物质的粒径减小和大规模利用的良好解决途径㊂Medic等[39]对玉米不同部位(包括玉米秸㊁玉米茎㊁茎髓㊁茎壳和穗轴壳)烘焙时在不同气体逗留时间及颗粒大小密度下产量的变化进行了研究㊂结果表明:在280ħ下烘焙的茎髓和250ħ下烘焙的茎壳分别有最高(44%)和最低(13%)的干物质损失㊂在250ħ下烘焙的茎髓有最低的能量密度(18~18.5MJ/kg),而在280ħ下烘焙的茎壳有最高的能量密度(21.5MJ/kg)㊂在280ħ下的茎髓能量输出最低(59%),在250ħ下处理的穗轴壳和茎壳能量输出最高(85%)㊂Van der Stelt等[40]也得到了和其他研究人员基本相同的结论:烘焙处理有利于去除生物质氧含量而获得更高能量密度的燃料㊂而不同的反应条件和生物原料会得到不同的固液气产物㊂Meng等[41]研究烘焙后的木材发现,烘焙有利于改善油品的氧碳比,油的组分与未经烘焙制得的相比有变化,并且水含量降低,但代价是生物油产量降低㊂他得出结论烘焙预处理是一种可能改善生物油品质的方法㊂通过综述可以发现,研究人员对不同生物质烘焙后三态的组成成分已基本了解,同时烘焙后固体产物水分和含氧量降低,碳含量增加,可磨性提高,能量密度提高,且烘焙后制得的生物油氧碳比下降,水分含量降低,因此烘焙有利于进行包括加氢裂解等进一步提升油品的操作㊂然而烘焙后生物质原料依然存在含有大量碱金属的问题,从而可能腐蚀反应设备㊂因此可以从烘焙与其他预处理技术相结合入手做进一步的研究,目的是进一步提升生物燃料的特性,以利于生物质的热裂解㊂如Saddawi等[23]通过洗涤预处理降低了生物质的碱金属和氯化物含量,使烘焙后的燃料性质得到改善,但预处理技术的结合会带来成本的增加,因此需要综合考虑㊂1.3.3㊀水热预处理㊀水热预处理可以定义为在高温高压的水中进行的反应,通常压力为2~50MPa,温度为150~600ħ㊂根据反应物和反应温度等不同又可细分:由水的临界温度分,可将低于水的临界温度的反应称为亚临界水热反应,高于水的临界温度的反应称作超临界水热反应;当反应物中有氧时,可将其称为水热氧化反应,其中低于超临界温度的为亚临界水热氧化反应,一般也被称为湿式氧化反应,反之则为超临界水热氧化反应[42]㊂水热处理可以使大量半纤维素和部分木质素溶解,通过除去这些物理和化学屏蔽可以使生物质形成开放的结构㊂这种改进生物质结构和化学成分的预处理技术除了广泛应用在生物乙醇的制备上,同样可以对热解的产物产生影响[10]㊂Stephanidis等[10]对水热预处理生物质后热解得到的产物产量及生物油组分进行了研究,结果表明,水热处理的生物质与未经预处理和催化的生物质相比,快速热解后得到的生物油中糖含量(主要是左旋葡聚糖)显著增加,羧酸㊁酮类以及酚类化合物的浓度有所下降㊂微藻作为一种有潜力的生物质能源,可以转化成高热量的热解生物油,但由于生物油中含氮量高使它很难直接用作燃料㊂Du等[43]通过水热预处理微藻,无需添加过多能量即可除去微藻中的蛋白质,从而降低生物油中的氮含量㊂此外,与未处理的微藻相比,样品有更高的碳含量,灰分和热值㊂因此,水热预处理技术是微藻转化为高品质油的重要手段㊂总的来说,水热法作为一种在生化法处理生物质中常用的技术手段,在热化学法上的应用和研究还很少,依然存在较多空白㊂要注意的是水热作为一种热解手段㊁如果仅成为一种预处理方式,成本会有所增加,因此经济性需要得到更多的考虑㊂。
生物质热解总结
一、热解分类根据反应温度和加热速率的不同，生物质热解工艺可分成慢速、常规、快速或闪速几种。
慢速裂解工艺已经具有了几千年的历史，是一种以生成木炭为目的的炭化过程川，低温和长期的慢速裂解可以得到30%的焦炭产量;低于600℃的中等温度及中等反应速率(0.1-1℃)的常规热裂解可制成相同比例的气体、液体和固体产品: 快速热裂解大致在10-200℃/S的升温速率，小于5秒的气相停留时间;闪速热裂解相比于快速热裂解的反应条件更为严格，气相停留时间通常小于1秒，升温速率要求大于1护'C/S.并以102-1护Vs的冷却速率对产物进行快速冷却。
但是闪速热裂解和快速热裂解的操作条件并没有严格的区分，有些学者将闪速热裂解也归纳到快速热裂解一类中，两者都是以获得最大化液体产物收率为目的而开发。
事实上，现在人们在考虑生物质的热解机理时，常常假设生物质的三种主要组成物独立进行裂解。
纤维素主要在325℃-375℃之间裂解，半纤维素主要在225℃-325℃之间发生裂解，而木质素则在250℃-500℃之间发生裂解(大多数木质素裂解发生在310℃-400℃之间)(shafizadch和Chin. 1977)。
纤维素和半纤维素的裂解产生大多数的挥发物，而木质素裂解产生大多数的碳。
二、纤维素热解机理1、纤维素结构纤维素是由D-葡萄糖通过β(1-4)一糖苷键相连形成的高分子聚合物。
不同的分子通过氢键形成大的聚集结构。
目前的研究表明纤维素存在五种结晶变体，即纤维素I，Ⅱ，Ⅲ, IV和V。
其中纤维素I是纤维素的天然存在形式。
纤维素是自然界中大量存在的天然高分子物质，是自然界分布最广、含量最多的一种多糖。
纤维素是植物细胞壁的主要成分，它是由吡喃葡萄糖普通过0-1, 4-搪昔联结成的线性大分子，一般可用通式(C6HioO5)n表示, n称为聚合度，通常情况下在104左右.纤维素是由β-D-葡萄糖为聚合单元构成的直状高聚物, 分子通式为(C6H10O5)n。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第34卷第1期农业工程学报V ol.34 No.12018年1月Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering Jan. 2018 193 基于木质素部分脱除及其含量对生物质热解特性的影响吴丹焱1，辛善志2，刘标1，陈应泉1，杨海平1※，王贤华1，陈汉平1（1. 华中科技大学能源与动力工程学院煤燃烧国家重点试验室，武汉 430074；2. 江汉大学工业烟尘污染控制湖北省重点试验室，武汉 430056）摘要：该研究采用固定床热解炉，研究不同木质素含量花生壳、核桃壳样品的裂解行为，利用元素分析、工业分析、气相色谱-质谱联用以及气相色谱法对原料和热解产物进行分析，探究木质素与综纤维素在原始交联结构下的交互作用及其对热解产物分布特性影响。
研究结果发现，300 ℃热解条件下，随着木质素含量的增加，样品中固体产率增加，液体产率和气体产率下降。
500、700 ℃热解条件下，固体产率相比300 ℃有大幅度的下降，且随样品中木质素含量的增加，固体产率无明显变化，液体产率稍微增加，气体产率下降。
500 ℃时，H2产率很低，随样品中木质素含量的增加，CO2含量减少，CH4含量增加，CO含量有稍微的上升。
而700 ℃时，综纤维素的脱氢、缩合、成环会生成大量的H2。
同时，木质素能够促进综纤维素分解生成大量左旋葡聚糖，并抑制其分解；而综纤维素抑制木质素单体愈创木基的脱甲氧基反应，促进苯丙烷基的脱烷基反应，形成更多的酚类化合物。
该研究对于生物质组分间交互和产物形成特性研究具有积极意义。
关键词：热解；木质素；生物质；综纤维素；交互作用；亚氯酸钠-乙酸法doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2018.01.026中图分类号：TK61 文献标志码：A 文章编号：1002-6819(2018)-01-0193-05吴丹焱，辛善志，刘 标，陈应泉，杨海平，王贤华，陈汉平. 基于木质素部分脱除及其含量对生物质热解特性的影响[J]. 农业工程学报，2018，34(1)：193－197. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2018.01.026 Wu Danyan, Xin Shanzhi, Liu Biao, Chen Yingquan, Yang Haiping, Wang Xianhua, ChenHanping. Influence of lignin content on pyrolysis characteristics of biomass based on part of lignin removal[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2018, 34(1): 193－197. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2018.01.026 0 引 言木质素是生物质中的一种主要组分，其相对含量介于15%～35%，是生物质组分中比能量最高的组分[1]。
相比纤维素与半纤维素，木质素热稳定性高，其分解温度范围为200～900℃[2]。
生物质裂解过程中，木质素是形成焦炭的主要来源组分，而综纤维素（纤维素和半纤维素）通常较易裂解形成气、液态产物，两者之间相互影响，最终决定气、液、固相产物的分布、组成[3-7]。
Wang Shurong等[8]采用干式混合法研究生物质热解过程中不同组分的交互影响。
研究发现木质素的存在加宽了左旋葡聚糖的分解区间；同时，综纤维素在木质素热解过程中能够促进酚类物质的生成，如2,6-二甲氧基苯酚。
Burhenne等[6]采用模型混合物直混模拟实际生物质的组分构成，并与天然生物质麦秆、油菜秆、云杉对比，研究发现，随着样品中木质素含量的增加，生物质样品的热解速度变慢，气体产物含量降低。
李小华等[9]在生物质真空热解液化系统上考察三组分含量对热解液化产物分收稿日期：2017-07-29 修订日期：2017-12-01基金项目：国家自然科学基金项目（51622064，51376076）作者简介：吴丹焱，主要从事生物质热解多联产研究。
Email：wdy@※通信作者：杨海平，教授，博士生导师，主要从事生物质热化学利用研究。
Email：yhping@ 布的影响，结果发现，较高的纤维素含量有助于产生更多的液体产物，并且适量的木质素有利于促进纤维素的分解。
辛善志[10]在研究纤维素、半纤维素、木质素组分之间气相交互过程中，发现木质素、半纤维素与纤维素之间的气相交互能够促进糖类化合物的生成，而纤维素与木质素的气相交互抑制了愈创木基的脱甲氧基作用。
由上可知，在生物质热解过程中，组分之间确实存在交互作用，对最终热解产物特性、分布均具有较大影响。
但在前期的文献调研中，发现大部分研究者的组分交互研究原料都集中于模型化合物[11-14]，而对于生物质原始交联结构下，组分之间的交互影响、产物特性研究非常少。
然而模型化合物与天然生物质之间存在不可忽略的差异，原始交联结构下，天然组分之间具有化学连接键，比如半纤维素与纤维素之间的氢键、半纤维素中4-O-甲基葡萄糖醛酸与木质素的酯、醚键形成不同化学键等[15]。
因此，研究天然组分之间的交互作用，对于产物分布和特性评估预测具有更加深刻、实际的意义。
基于此，本文采用亚氯酸钠-乙酸法对生物质原料进行处理，极大程度保留了生物质组分之间的原始交联结构。
花生壳与核桃壳经过不同时间的亚氯酸钠-乙酸处理后，得到含有不同木质素含量的生物质样品，经固定床热解，探索不同热解温度下，不同木质素含量对生物质热解的影响，以及这种影响在气、液体产物中的具体影响。
本研究对于生物质组分间交互和产物形成特性研究农业工程学报（ ） 2018年194具有积极意义，为全面理解生物质三组分在热解过程中的交互影响以及产物的高值化利用打下了基础。
1 材料与方法1.1 试验原料本文选取花生壳与核桃壳作为生物质原料，经粉粹过筛后，所得样品粒径为40～60目。
根据范式洗涤法测得花生壳和核桃壳的木质素质量分数分别为31.08%、33.82%。
采用亚氯酸钠-乙酸法对花生壳与核桃壳进行木质素部分脱除，该方法广泛用于综纤维素的制备，不损伤纤维素结构，对半纤维素的结构影响较小[16-18]。
花生壳和核桃壳经不同时间的（1、2.5、4 h ）亚氯酸钠-乙酸处理后，对应花生壳的木质素质量分数分别为25.02%、15.13%和 4.28%，核桃壳的木质素质量分数分别为26.01%、15.37%、5.42%。
不同木质素含量的花生壳样品和核桃壳样品的工业分析与元素分析如表1所示。
表1 不同木质素含量花生壳和核桃壳样品的工业分析与元素分析Table 1 Ultimate and proximate analysis of different lignincontent peanut shell and walnut shell元素分析daf Ultimate analysis/%工业分析daf Proximate analysis/%样品Sample木质素 质量分数 Lignin content/%C H N *O 挥发分V olatile固定碳Fixedcarbon灰分Ash4.28 45.4 5.8 0.4 48.4 84.0 15.2 0.815.13 46.4 5.8 0.5 47.2 82.1 16.8 1.0 25.02 48.7 5.9 0.5 44.8 80.0 18.9 1.0 花生壳Peanut shell31.08 50.8 6.0 0.7 42.4 78.8 20.5 0.7 5.42 45.7 5.9 0.2 48.1 82.3 17.0 0.815.37 47.0 6.0 0.2 46.8 81.6 17.7 0.8 26.01 49.3 6.1 0.3 44.3 79.6 19.5 1.0 核桃壳Walnut shell33.82 51.2 6.1 0.2 42.3 77.9 21.6 0.5注：*O 由差减计算得到；daf 为干燥无灰基。
Note: *Oxygen calculated bythedifference; daf is dry ash free.1.2 试验设备与方法本试验采用的是小型立式管式炉热解装置[10]，系统包括石英管反应器（内径30 mm ，总长700 mm ）、电炉、温度控制器、冷凝系统、过滤器、干燥器、气体分析仪以及供气系统等。
试验过程中，先将炉体加热到设定温度，分别为300、500、700 ℃。
并通入1 000 mL/min 的高纯氮气对石英管内部进行吹扫10 min ，以确保排净管内空气，之后调整N 2流量至400 mL/min 。
称取1 g 的样品放入样品盘中，将样品盘推入中心反应区。
试验过程中产生的挥发分经过冰水混合物冷凝后收集。
热解15 min 后，取出石英管反应器并在持续的氮气吹扫下冷却至室温，取出样品盘并称量，并用3 mL 丙酮收集冷凝管中的生物油。
液体生物油采用GC/MS 进行分析，具体分析方法参考文献[19]，气体产物经气袋收集后，利用micro GC3000进行成分分析。
每组试验重复3次，取3次的平均值作为结果。
2 结果与分析2.1 热解产物分布特性图1为不同热解温度下，不同木质素含量的花生壳样品和核桃壳样品的热解产物分布图。
表明由图2可知，当热解温度为300 ℃时，花生壳和核桃壳样品热解产物中，固体产率均随样品中木质素含量的增加而明显增加，而液体产物和气体产物生成量均出现了下降，且气体产物产率较低。
原因是300 ℃热解条件下，生物质中的木质素降解量非常少，主要是半纤维素和纤维素的分解[20-21]。
因此，随着木质素含量的升高，焦炭产率会明显增加，气、液体产物产率会随之下降。
当热解温度进一步升高（500、700 ℃），固体产率相比300 ℃有明显的下降；但随着样品中木质素含量增多，固体产率并无明显变化，这与常规的组分混合模拟法结果不同，表明在生物质原始交联结构下，木质素与综纤维素在裂解过程中存在相互影响，导致在高综纤维素含量、高木质素含量条件下出现了均等的焦炭产率。
相比300 ℃的裂解产物分布，由于温度升高，生物质裂解更充分，气体产物生成量增大，但随木质素含量的增加而不断下降；液体产率变化趋势与300 ℃时呈现相反趋势，随木质素含量的增加出现小幅上涨。
当热解温度达到500、700 ℃时，综纤维素完全分解，液体生物油产率随木质素含量的增加并没有明显的降低，反而有轻微的增加，进一步说明生物质原始交联结构下，木质素与综纤维素之间存在强烈的交互反应，促使高综纤维素含量下的成炭作用，和高木质素含量下的成油特性。