生物質焦低溫氧化及其動力學特性.pdf

1、生物質焦與氧氣之間相互作用導致的低溫氧化過程是自燃的主要機理之一，研究低溫氧化過程特性及其動力學可以為生物質焦自加熱過程的描述、自燃的預報和有效防治提供理論依據。為此，論文研究采用三種農業(yè)廢棄物生物質（玉米秸、花生殼和玉米芯）在不同熱處理溫度下制焦，采用三種熱分析方法并結合結構特性分析，系統研究了三種生物質的焦的低溫氧化特性及其動力學、自燃特性和氧化反應性以及熱處理溫度的影響。
　　對焦產率和焦組成的分析顯示，熱處理溫度對三種生物

2、質焦組成有顯著的影響。采用X-射線衍射和傅里葉紅外光譜對焦的微觀結構特性的分析表明，250℃焦仍有明顯的纖維素晶體結構，而400℃及其以上焦樣的表面官能團和碳微晶結構隨熱處理溫度升高的變化體現焦變得越來越具有聚芳性，碳微晶結構有序化程度逐漸增強;生物質焦中的主要無機成分（即含K、Ca成分）及其含量明顯變化，這些都會影響焦的氧化反應性和低溫氧化特性。
　　基于非等溫熱重方法對三種焦的燃燒氧化反應性及動力學特性進行的系統分析表明，隨著

3、熱處理溫度的升高，三種生物質的焦的著火溫度、最大失重速度溫度等特征參數均呈升高趨勢，這意味著采用較高的熱處理溫度有利于降低生物質焦的氧化反應性和自燃傾向，相比起來，相同熱處理溫度的玉米芯焦最易自燃而玉米秸焦最難自燃。利用Russell等人的方法對高溫焦進行動力學分析表明，除少數樣品外，不同的熱處理溫度焦的Ea值差異不大;等轉化率法動力學分析表明，三種生物質焦不同加熱速度下Ea值均是低溫焦和500℃焦的變化幅度很大，而高溫焦則相對很平穩(wěn);

4、與著火溫度等特征參數相比，并不能單一地用某個動力學參數來描述生物質焦的燃燒氧化反應性或自燃傾向。
　　采用熱重-差示掃描量熱同步熱分析著重研究了三種焦從約100℃到著火溫度范圍內的低溫氧化反應和放熱過程特性，并進行了動力學分析。結果表明，生物質焦在低溫氧化階段有少量的氧吸附增重和明顯的放熱現象，而400℃、500℃焦的增重相對250℃焦、700℃焦明顯較大，同時也具有較強的放熱能力。利用Russel等人的方法確定低溫氧化階段焦樣的

5、動力學參數表明，除250℃焦以外加熱速率的變化對Ea值影響并不大。等轉化率方法得到主燃燒階段Ea值的變化趨勢與低溫氧化階段一致，均是250℃焦＞400℃焦＞500℃焦＞700℃焦。
　　采用恒溫量熱法研究了玉米秸焦(250℃、500℃)及原樣在接近于室溫(35～65℃)下的氧化放熱和動力學特性，結果顯示，溫度對低溫氧化和放熱過程影響顯著，反應溫度越高，焦的放熱熱流率最大值越高，累積放熱量也越高。放熱特性和動力學分析均表明，500℃