10461.堿金屬堿土金屬對(duì)生物質(zhì)熱解特性及動(dòng)力學(xué)研究

1、分類(lèi)號(hào)：TK6密級(jí)：公開(kāi)學(xué)校代碼：10057研究生學(xué)號(hào)：12803009堿金屬／堿土金屬對(duì)生物質(zhì)熱解特性及動(dòng)力學(xué)研究EffectsofAlkali／AlkalineEarthMetalonThePyrolysisCharacteristicsandDynamicsofBiomass專(zhuān)業(yè)名稱(chēng)：指導(dǎo)教師姓名：研究生姓名：申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：論文提交日期：論文課題來(lái)源：學(xué)位授予單位：環(huán)境工程王昶教授柏龍佳工學(xué)碩士2014年12月國(guó)家自然科學(xué)基金天津

2、科技大學(xué)摘要生物質(zhì)在生長(zhǎng)中吸收土壤中的各種營(yíng)養(yǎng)成分，使得其本身含有部分堿金屬及堿土金屬鹽。雖然這些金屬鹽含量不高，但在生物質(zhì)熱解時(shí)都起到了較大的作用。因此有必要研究生物質(zhì)去除金屬鹽后單一添加某種金屬鹽對(duì)生物質(zhì)熱解的影響。本文主要采用樟子松和柳桉木兩種植物生物質(zhì)及其三種主要成分(纖維素、半纖維素和木素)作為研究對(duì)象來(lái)了解金屬鹽在熱解時(shí)對(duì)樣品起到的作用。首先，本實(shí)驗(yàn)采用酸洗的方法去除生物質(zhì)中的堿金屬和堿土金屬，然后定量添加制備出所需金屬鹽含

3、量的樣品。由原子吸收分析可知酸洗脫鹽的效率都超過(guò)了90％，效果優(yōu)于水洗除鹽，而且采用掃描電鏡分析發(fā)現(xiàn)采用5wt％的鹽酸酸洗兩小時(shí)對(duì)生物質(zhì)的表面結(jié)構(gòu)破壞甚小。由于購(gòu)買(mǎi)的纖維素、半纖維素和木素樣品顆粒粒徑都僅有100jam，對(duì)其機(jī)械干混添加金屬鹽就能起到理想的效果；樟子松及柳桉木樣品是經(jīng)過(guò)破碎分級(jí)和酸洗后得到的，采用等體積浸漬法添加金屬鹽后通過(guò)電鏡掃描分析發(fā)現(xiàn)金屬鹽的分布極為均勻。然后，對(duì)所有不同的原始和合成樣品進(jìn)行熱重分析。使用熱重分析儀

4、研究鉀、鈣和鎂金屬鹽(KCI、CaCl2和MgCl2)對(duì)實(shí)驗(yàn)樣品的熱解影響以及催化效果時(shí)發(fā)現(xiàn)，CaCl2的添加能抑制熱解過(guò)程中的縮合反應(yīng)，使得半纖維素、柳桉木和樟子松酸洗樣品的熱解失重曲線出現(xiàn)“肩”狀峰，低分子化合物更易逃逸，很好地促進(jìn)了熱分解過(guò)程；MgCl2的添加對(duì)纖維素的最大熱解速率以及所對(duì)應(yīng)的熱解溫度逐漸降低，具有很好的熱解催化效果，而對(duì)半纖維素的影響較小，其變化規(guī)律稍有增加趨勢(shì)；KCI對(duì)三大組分的影響雖然很小，但對(duì)樟子松和柳桉木

5、酸洗樣品表現(xiàn)出較好的熱解催化效果。最后，采用兩種實(shí)用性較強(qiáng)的數(shù)學(xué)模型，Kissinger微分法和FWO法，對(duì)各類(lèi)樣品的熱解數(shù)據(jù)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析，發(fā)現(xiàn)Kissinger微分法能比較準(zhǔn)確的模擬出TG曲線的變化趨勢(shì)。FWO法計(jì)算出來(lái)的是生物質(zhì)各分解階段的E值比Kissinger微分法偏高，但更加準(zhǔn)確，而且避免了部分樣品DTG圖中出現(xiàn)兩個(gè)峰時(shí)需要分別計(jì)算活化能的麻煩。兩種動(dòng)力學(xué)方法對(duì)同一樣品進(jìn)行分析時(shí)，雖然在處理過(guò)程和最終所得的活化能數(shù)值上有一些