水热碳化技术是生物质提质和高效清洁转化的有效途径之一,对能源减压、环境污染改善以及经济的可持续发展等都有重要的影响。本文是国家自然科学基金项目“湿解环境下生物质湿解残液中碳元素的迁移固存机制研究”的延续性研究,旨在通过纤维素、半纤维素、木质素相互混合以及葡萄糖与三组分相互混合的水热碳化试验进一步阐释水热碳化反应机理,结合元素分析、XRD、FTIR和热重分析仪对水热焦的元素组成、化学结构、微晶结构及其热稳定性进行分析测定。具体如下:(1)将纤维素、半纤维素和木质素近似按照小麦秸秆中相应组分的质量比进行两两混合及三组分混合,将其混合物在220℃、120 min的水热环境下,进行水热碳化试验,研究了三组分相互混合的水热碳化行为及组分之间的交互作用。研究结果发现,三组分混合的水热焦炭中C元素的质量百分数最高,约为55.35%;三组分混合后由于相互之间的影响,有利于整个水热碳化反应过程,进一步提高了水热焦炭的芳香化程度,也具有更好的热稳定性。(2)为研究水热碳化中间产物葡萄糖对生物质三组分水热碳化反应的协同影响,在220℃、120min和液固比30的水热环境下,将生物质三组分分别与葡萄糖按照10:(0.5,1,2,4)g的质量比混合进行水热碳化试验研究,分析了不同含量的葡萄糖在水热环境下对生物质组分反应路径的影响。研究发现,葡萄糖含量由0.5g增大到4g时,纤维素存在的混合物其水热焦炭的产率不断增加,且碳元素质量分数明显增加,水热焦炭的羧基官能团吸收峰峰值最高,其水热焦也具有更好的热稳定性;而葡萄糖含量超过2g后,对木聚糖与木质素存在的混合物发生的扩散和降解反应有一定程度的阻碍作用。(3)根据前期的研究结果,模拟麦秆反应溶液中还原糖浓度,选择2g葡萄糖分别与4g木聚糖+6g纤维素、4g木聚糖+2g木质素、6g纤维素+2g木质素及4g木聚糖+6g纤维素+2g木质素混合进行水热碳化试验,研究了葡萄糖在生物质三组分水热碳化过程所起的作用。结果表明,除2g葡萄糖与4g木聚糖+6g纤维素混合外,加入葡萄糖后,其产物水热焦的产率均呈现上升趋势,可见葡萄糖的存在对含有木质素成分的混合物,有着很大的影响;由水热焦的FTIR分析和XRD分析可知,葡萄糖的加入,并未明显改变各混合组分在水热碳化过程中的反应路径。