熱處理對生物質(zhì)焦燃燒特性的影響.pdf

1、本論文的研究目的是研究不同熱處理溫度下制得的生物質(zhì)焦的微觀結(jié)構(gòu)變化及其對焦燃燒特性及高溫焦燃燒反應(yīng)性的影響。采用實驗研究的方法，應(yīng)用多種先進(jìn)的測試分析儀器和技術(shù)，對生物質(zhì)焦的微觀結(jié)構(gòu)及表面官能團(tuán)特性進(jìn)行研究分析，并對高溫焦結(jié)構(gòu)進(jìn)行定量分析；同時采用熱重分析法對生物質(zhì)焦的燃燒特性及高溫焦的燃燒反應(yīng)性進(jìn)行測量；并將高溫焦微觀結(jié)構(gòu)與其燃燒反應(yīng)性相關(guān)聯(lián)。著重研究熱處理過程中生物質(zhì)焦微觀結(jié)構(gòu)的變化對焦燃燒特性的影響、高溫焦微觀結(jié)構(gòu)與其燃燒反應(yīng)性之

2、間的關(guān)系及熱處理溫度和無機成分等對焦微觀結(jié)構(gòu)和焦燃燒特性的影響。
　　對生物質(zhì)焦的XRD定性分析表明，隨熱處理溫度的升高，在200～250℃時，焦中纖維素呈現(xiàn)較好的晶體結(jié)構(gòu)并且在300℃時基本全部分解；在500～900℃時，焦結(jié)構(gòu)逐漸“石墨化”。對高溫焦(500～900℃)碳微晶結(jié)構(gòu)定量分析結(jié)果表明，隨熱處理溫度的升高，焦縱向上相鄰芳香層晶面間距d002呈減小趨勢，平均堆積高度Lc、晶體直徑La和晶層數(shù)目Nc均呈增大趨勢，表明高溫

3、焦的碳微晶結(jié)構(gòu)有序化程度增加，并且微晶自身也發(fā)生了內(nèi)部的變化和生長。對高溫焦碳結(jié)構(gòu)的Raman分析結(jié)果顯示，隨熱處理溫度的升高，ID1/IG呈增大趨勢而IG/IALL呈減小趨勢，表明生物質(zhì)焦中的缺陷結(jié)構(gòu)隨著熱處理溫度的升高而不斷消除，高溫焦結(jié)構(gòu)逐漸有序化。對焦的XPS分析結(jié)果顯示，C-O和C=O含量降低，C-C和C=C含量升高，對稻殼焦元素分析結(jié)果顯示C含量增加，O含量減少，O/C顯著降低，這與XRD、Raman分析得到的焦結(jié)構(gòu)逐漸石墨

4、化相吻合。此外，XRD和Raman分析均表明，無機成分對焦結(jié)構(gòu)的演變影響不大。
　　對生物質(zhì)焦燃燒特性的研究表明，低溫焦(200～400℃)在燃燒時有熱解和焦炭燃燒兩個階段，高溫焦主要是焦炭的燃燒。隨熱處理溫度的升高，焦著火溫度、焦炭燃燒的最大失重溫度、焦炭燃燒最大失重百分比均呈增大趨勢，表明焦越來越難燃燒；并且高溫焦燃燒失重峰向高溫區(qū)移動。
　　高溫焦的燃燒反應(yīng)性指數(shù)和動力學(xué)參數(shù)的分析表明，對水洗、酸洗玉米稈焦，隨熱處理溫

5、度的升高，焦的燃燒反應(yīng)性指數(shù)和活化能均呈增大趨勢，表明焦的燃燒反應(yīng)性降低。燃燒反應(yīng)指數(shù)酸洗焦最高、水洗焦次之、原玉米稈焦最低且基本保持不變，表明無機成分對焦燃燒有很強的催化作用。此外，原玉米稈焦比稻殼焦燃燒反應(yīng)性高，表明無機成分的種類和數(shù)量可能影響焦的燃燒反應(yīng)性。
　　高溫焦微觀結(jié)構(gòu)與焦燃燒反應(yīng)性之間關(guān)系的研究表明，隨Lc和La的增加，對于水洗、酸洗玉米稈焦和稻殼焦，焦的燃燒反應(yīng)性降低，表明焦結(jié)構(gòu)的逐漸有序化使得焦燃燒反應(yīng)性降低；