生物质能作为一种低硫、低氮以及CO2“零排放”的可再生清洁能源,已吸引越来越多研究者的关注,成为可再生清洁能源领域的研究热点。针对木质纤维素类生物质碱/碱土金属含量高的这一显著特点,本文以中国典型的农林废弃物为研究对象,对生物质的碱/碱土金属成分淋洗去除过程以及在热解和气化过程中的迁移转化及催化作用进行了较系统的研究。首先开展了热解和焦气化过程中碱/碱土金属的析出规律研究,明确了其释放机理。结果表明,53～76%的碱金属以及27～40%的碱土金属释放于热解阶段,同时12～27%的碱金属以及12～16%的碱土金属释放于焦气化阶段。热解过程中碱/碱土金属的释放主要是由于热解初期形成的大量自由基与碳基发生的替换反应而导致的,焦气化过程中碱/碱土金属的释放主要是由于以无机盐形式存在的碱/碱土金属的高温蒸发而造成的,因此气化反应过程中碱/碱土金属的释放机理不同于热解反应过程。针对6种溶剂淋洗的生物质样品,采用一系列检测手段评价了样品的碱/碱土金属去除效率以及物理化学结构变化,探讨了内在碱/碱土金属在样品热解过程中的催化作用。结果表明,大部分碱金属(K、Na)和碱土金属(Ca. Mg)分别以水溶性和酸溶性形式存在于生物质中,水洗和盐酸洗可分别选择性地去除样品中的碱金属和碱土金属,为后续研究两者在热解和气化过程中的催化作用及反应机理提供必要条件。碱金属促进了样品半纤维组分的热分解,Ca金属抑制了样品纤维素组分的热分解。此外,相比淋洗过程给样品带来的物理化学结构变化的影响,碱/碱土金属的去除对样品热解特性所产生的影响占主导作用。选用去离子水和盐酸溶液淋洗的样品,分别考察内在碱金属和碱土金属对生物质热解特性的催化作用。研究表明,碱/碱土金属的去除导致焦炭产率减少,焦油产率增加,同时使气体产物中H2和C02产率减小,CO产率增加。生物质热解反应中起主导催化作用的是碱金属,碱土金属的催化效应相比碱金属的要小。样品紫外荧光光谱分析同样表明,碱/碱土金属对热稳定性高的多环PAHs具有催化热裂解作用,且其对大分子PAHs的催化热裂解作用相比温度升高所带来的促进作用更明显。针对以上样品开展了水蒸气气化试验,探讨了内在碱/碱土金属对生物质水蒸气气化特性的催化作用。研究表明,在900℃温度下,水蒸气的加入对焦油的进一步热裂解或重整没有明显的促进作用。碱金属和碱土金属促进了焦炭与水蒸气异相反应、碳氢化合物重整反应、水煤气转移反应等水蒸气重整反应,表明AAEMs以气态形式释放后参与到蒸汽重整反应,促进了以上反应特别是均相反应的进行。碱土金属对H2形成的促进作用比碱金属更加显著。紫外荧光光谱检测同样证明,水蒸气的加入对焦油二次重整没有明显的促进作用,碱/碱土金属对焦油的热裂解及重整反应存在明显的促进作用。最后结合生物质热解和气化产物分布特性的结论,从反应路径上确定了碱/碱土金属对生物质热解和气化的促进路径。结果表明,呋喃类、糖类等产物主要来源于半纤维素和纤维素的热裂解,含有羟基、甲氧基、烷基等官能团的苯酚类和酮类、醇类产物主要来源于木质素的热裂解。碱金属和碱土金属的存在均抑制了热解过程中重要糖类产物,如1,6-脱水-β-D-吡喃葡萄糖和1,4：3,6-二脱水-α-D-吡喃葡萄糖的形成。此外,碱/碱土金属的存在促进了苯酚及其衍生物的形成。