10461.堿金屬堿土金屬對生物質熱解特性及動力學研究

1、分類號：TK6密級：公開學校代碼：10057研究生學號：12803009堿金屬／堿土金屬對生物質熱解特性及動力學研究EffectsofAlkali／AlkalineEarthMetalonThePyrolysisCharacteristicsandDynamicsofBiomass專業(yè)名稱：指導教師姓名：研究生姓名：申請學位級別：論文提交日期：論文課題來源：學位授予單位：環(huán)境工程王昶教授柏龍佳工學碩士2014年12月國家自然科學基金天津

2、科技大學摘要生物質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，但在生物質熱解時都起到了較大的作用。因此有必要研究生物質去除金屬鹽后單一添加某種金屬鹽對生物質熱解的影響。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的表面結構破壞甚小。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，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的數(shù)學模型，Kissinger微分法和FWO法，對各類樣品的熱解數(shù)據(jù)進行動力學分析，發(fā)現(xiàn)Kissinger微分法能比較準確的模擬出TG曲線的變化趨勢。FWO法計算出來的是生物質各分解階段的E值比Kissinger微分法偏高，但更加準確，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。兩種動力學方法對同一樣品進行分析時，雖然在處理過程和最終所得的活化能數(shù)值上有一些