生物質與聚乳酸塑料共熱解特性研究.pdf

1、隨著化石能源的日益枯竭和環(huán)境污染的日益嚴重，生物質能作為一種低硫、低氮以及二氧化碳“零排放”的清潔和可再生能源，逐漸受到了研究者的重視。生物質熱化學轉化技術是生物質能源利用研究的一個重點，其中生物質熱解是一種轉化生物質到熱解油、固體炭和可燃氣的高效轉化技術。熱解油具有能量密度高、存儲和運輸與燃料油相似等特點，并可以精制成燃料油或者化學產品；固體炭可以制取活性炭用于吸附分離過程；而具有中低熱值熱量的可燃氣可以用來補充熱解反應所需要的部分熱

2、量。 生物質熱解所得熱解油常常含有較高的水分含量，這是熱解油的主要缺點之一。提高生物油的適用性以及競爭力，減少生物油的水分含量和氧含量，提高熱值是生物油主要精制目的；通過共熱解技術可以部分實現(xiàn)此目的。生物質與石油基塑料共熱解已經被廣泛研究，而可生物降解聚乳酸塑料作為特殊的塑料品種，應用前景廣泛。即使此類塑料具有可降解性，但是絕大多數(shù)此類塑料廢棄之后仍被認為是一種固體廢棄物。通過生物質與聚乳酸塑料共熱解可以提高生物質熱解油產率，降

3、低含水率和提高熱值。該技術可作為廢棄聚乳酸塑料處理的替代方法或作為生物質熱解處理的升級處理技術。本論文研究將著眼于探索生物質與聚乳酸塑料的共熱解研究，具體研究內容與結果如下： (1)利用熱重分析，研究了三種木質纖維素類生物質玉米芯(CC)、核桃殼(WS)、自松(PS)與聚乳酸塑料共熱解特性。研究發(fā)現(xiàn)，生物質樣品主要降解溫度區(qū)間在220～400℃，而聚乳酸塑料(PLA)和生物質具有明顯不同的熱解特性，主要在300～372℃范圍內發(fā)

4、生劇烈熱解，相比生物質熱解溫度范圍較窄。在300～400℃溫度區(qū)域內，三種生物質樣品與聚乳酸塑料的混合物，在熱解過程產生了不同程度的耦合作用。其中WS/PLA、CC/PLA較PS/PLA的耦合作用更為明顯。另外，對共熱解進行了動力學分析表明：采用一級動力學反應模型結合Arrhenius定律能很好地擬合生物質樣品和聚乳酸塑料熱解實驗數(shù)據(jù)；而生物質/聚乳酸塑料混合熱解則應采用1至2個連續(xù)一級反應模型來描述。 (2)采用TGA/FTI

5、R、Py-GC/MS聯(lián)用技術研究了玉米芯的氣體釋放過程及其熱解產物分布。研究表明，玉米芯在220～400℃區(qū)間發(fā)生劇烈熱解反應，DTG曲線在339℃時出現(xiàn)最大值。熱解氣體的逸出情況由FTIR進行實時檢測，并且定性分析了CH4，CO2，CO和有機物的析出情況。Py-GC/MS聯(lián)用技術用來分析玉米芯熱解產物分布，結果表明酚、呋喃、酮及其衍生物是主要降解產物。 (3)采用TGA/FTIR、Py-GC/MS聯(lián)用技術研究了聚乳酸塑料的氣體

6、釋放過程及其熱解產物分布。研究表明，聚乳酸塑料在300～372℃區(qū)間發(fā)生劇烈熱解反應，DTG曲線在359℃時出現(xiàn)最大值。熱解氣體的逸出情況由FTIR進行實時檢測，并且定性分析了CH4，CO2，CO和有機物等產物的析出情況。Py-GC/MS聯(lián)用技術用來分析聚乳酸塑料熱解產物分布，分析表明醛、酮、酯及低聚物是主要降解產物。 (4)通過TGA/FTIR聯(lián)用實時考察了玉米芯，聚乳酸塑料及其二者混合條件下的熱解氣體析出特性，F(xiàn)TIR分析發(fā)

7、現(xiàn)玉米芯與聚乳酸塑料在共熱解條件下存在明顯的耦合作用。通過自制快速固定床熱解反應器研究了玉米芯與聚乳酸塑料的共熱解。結果表明，玉米芯與聚乳酸塑料的共熱解使熱解油產率和熱值增加，麗水分含量在降低。并且對共熱解生物油進行了FTIR，1HNMR，GC分析與表征。 (5)熱解生物質后的固體殘渣活化實驗以及吸附實驗表明，以水蒸氣為活化劑，可以制得吸附重金屬效果良好的吸附劑。系統(tǒng)研究了吸附接觸時間、溶液初始濃度、溶液pH值、吸附劑質量以及溫