半纤维素热解特性的实验研究

文献综述

不可再生的石化燃料的过度开发和利用，不仅带来了能源危机，而且造成了日益严重的环境污染，因此，生物质资源作为一种清洁的可再生能源，其开发利用越来越受到世界各国的重视^[1-6]。生物质能利用技术众多，其中，热解被认为是最具前途的生物质利用技术之一。生物质主要是由纤维素、半纤维素和木质素组成，其热解特性通常认为是三组分热解特性的综合体现^[7]。

半纤维素结构较为复杂，是由木糖、甘露糖、阿拉伯糖、半乳糖和葡萄糖等组成的一种非均一多聚糖。对半纤维素热解机理的实验研究，在过去的几十年里已有较多报道^[9-13]。Wang等采用木聚糖作为半纤维素的模化物，研究了反应温度和载气体积流量对半纤维素的热解影响^[9]。结果表明，木聚糖热解生成的焦油产率随温度升高而增加，达到最大值后随着温度的继续升高，焦油发生二次裂解使产率降低; 气体产物主要有CO2、CO、CH4等，其产率随温度升高而增加。彭云云等^[14]发现半纤维素的热解主要发生在低温阶段(＜500 ℃) ，随着温度的升高，生物油和焦炭的产量下降，而气体产物的产量上升，液相产物中主要是酸类、醇类、呋喃、环戊烯酮类化合物。一些研究表明，半纤维素模化物4-O-甲基葡萄糖醛酸木聚糖其热解产物主要有: 甲酸、甲醇、乙酸、丙酮、丙烯醛和2-糠醛等；半纤维素动力学的实验研究表明，半纤维素具有热稳定性差、热裂解焦炭产量高的特点；热裂解木聚糖得到的主要产物有: 水分、甲醇、甲酸、乙酸、丙酸、1-羟基丙酮、1-羟基丁酮和2-糠醛等^[11-14]。

生物质结构较复杂，它是由苯丙烷结构单元通过beta;-O-4 醚键和C-C键连接而成的三维非晶高分子无定形聚合物。它含有多种活性官能团，其中甲氧基是木质素最重要的特征官能团^[15]。姚燕等^[16]利用热重红外联用仪对木质素热解失重过程及析出气体进行研究，分析得到木质素热解过程的活化能等。程辉等^[17]研究了木质素热解过程中产物半焦官能团的演化规律，进一步证明了木质素热解的分段特征。潭洪等^[18]对木质素热解过程中的焦油产物进行考察，得到焦油产物的生成机理。车德勇等^[19]研究得出木质素主要热解温度区间为150-650℃，热解气相产物主要有CO、CO₂和CH₄。随升温速率的增加，挥发分析出阶段DTG曲线的峰型随之变宽; 热解起始温度、最大失重峰温均向高温侧移动，气体产物的累积产率逐渐减小，表明较高的升温速率不利于气相产物的析出。关于在热解中纤维素、半纤维素（木聚糖）以及木质之间相互的影响。目前研究表明生物质组分1∶1 两两混在典型工况下进行热裂解实验表明，纤维素热解产物糖（主要是左旋葡聚糖）受到了木聚糖较强的抑制作用。木质素的存在也强烈地抑制了纤维素热解生成糖类物质，还使得木聚糖热解产物中的糠醛以及C==O 化合物产量显著下降，然而木聚糖的存在大大促进了木质素热解酚类物质的生成^[20]。

参考文献

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