10461.堿金屬堿土金屬對生物質(zhì)熱解特性及動力學(xué)研究

1、分類號：TK6密級：公開學(xué)校代碼：10057研究生學(xué)號：12803009堿金屬／堿土金屬對生物質(zhì)熱解特性及動力學(xué)研究EffectsofAlkali／AlkalineEarthMetalonThePyrolysisCharacteristicsandDynamicsofBiomass專業(yè)名稱：指導(dǎo)教師姓名：研究生姓名：申請學(xué)位級別：論文提交日期：論文課題來源：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)在生長中吸收土壤中的各種營養(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)作為研究對象來了解金屬鹽在熱解時對樣品起到的作用。首先，本實驗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％的鹽酸酸洗兩小時對生物質(zhì)的表面結(jié)構(gòu)破壞甚小。由于購買的纖維素、半纖維素和木素樣品顆粒粒徑都僅有100jam，對其機(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)過破碎分級和酸洗后得到的，采用等體積浸漬法添加金屬鹽后通過電鏡掃描分析發(fā)現(xiàn)金屬鹽的分布極為均勻。然后，對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)對實驗樣品的熱解影響以及催化效果時發(fā)現(xiàn)，CaCl2的添加能抑制熱解過程中的縮合反應(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)了熱分解過程；MgCl2的添加對纖維素的最大熱解速率以及所對應(yīng)的熱解溫度逐漸降低，具有很好的熱解催化效果，而對半纖維素的影響較小，其變化規(guī)律稍有增加趨勢；KCI對三大組分的影響雖然很小，但對樟子松和柳桉木

5、酸洗樣品表現(xiàn)出較好的熱解催化效果。最后，采用兩種實用性較強(qiáng)的數(shù)學(xué)模型，Kissinger微分法和FWO法，對各類樣品的熱解數(shù)據(jù)進(jìn)行動力學(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。FWO法計算出來的是生物質(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)兩個峰時需要分別計算活化能的麻煩。兩種動力學(xué)方法對同一樣品進(jìn)行分析時，雖然在處理過程和最終所得的活化能數(shù)值上有一些