巴基斯坦是一个发展中国家,农业和工业占GDP比重分别为18.86%和20.91%。随着生活水平的改善、人口数量的增长以及城市化进程的加速,能源需求量不断增加。目前平均能源供需缺口为5000MW,在能源需求高峰期的7月份这一数值高达7000MW,这造成GDP损失4～7%。能源需求量正以每年8-10%的速度增长。在巴基斯坦能源构成中,化石燃料占61%,而可再生能源则不足1%。针对于此,需进一步提高可再生能源在能源消费中的地位。作为一种非常具有发展潜力的可再生能源,生物质资源在巴基斯坦十分丰富。在农村地区,家庭能源消耗约50%由薪柴满足,34%由禽畜粪便及农业废弃物提供。然而,由于森林的增长率已经下降了8.8%,致使薪材的供应量正在减少。与之相对比,棉花秸秆、小麦秸秆、稻草、甘蔗渣和玉米秸秆等农业废弃物的产量则分别高达49.4、34.581、16.75、7.83和5.325百万吨。每年可收集农业废弃物总量高达25.271百万吨,合计发电量为61838 GWhth。热解是一种众所周知的高温无氧热化学转化技术,可以将生物质转化成生物油,具有碳零排放的特点,目前收到广泛的研究。在适当和高效的管理条件下,巴基斯坦每年的农业废弃物可生产6400万吨生物油。本文采用热解-气相色谱/质谱(Py-GC/MS)分析了不同温度下农业废弃物热解产物分布。据作者所知,这是首次对巴基斯坦农业废弃物进行详细的快速热解研究。一般而言,生物质在低温下就开始发生热解,当温度达到400-500℃时,有利于制备生物油和其他高附加值化合物。基于此,本文重点研究了热解温度对产物分布的影响,揭示了主要产物的生成机理和可能的热解反应路径,为获得高附加值化学品和生物油奠定基础。此外,基于Py-GC/MS,本文还以过渡金属氮化物(TiN,ZrN和W2N)为催化剂,研究了不同催化剂、催化剂/原料比和热解温度对小麦秸秆催化热解特性的影响。结果表明,氮化钛(TiN)不仅能够显著促进木质素的裂解生成酚类化合物,同时还可促进综纤维素分解生成呋喃和环戊酮,抑制线性醛的形成。当热解温度为500℃、C:B 比为1时,挥发分产率最大。需要指出的是,催化过程中酚类、环戊酮类和呋喃类物质的最大产率分别是非催化条件下的1.53倍、1.37倍和1.8倍。与非催化过程相比,线性醛大幅降低了 3.32倍,而稳定酚类物质则提高了 2.31倍。本项研究提供了一种生物质转化成能源和生物油的有效方法,不仅可以缓解能源危机、增加可再生能源在能源体系中的占比,而且可以降低农业废弃物的露天焚烧。作为一种新型催化剂,TiN能够提高生物油中酚类、呋喃类、环戊酮类产率,同时降低脱水糖类、醛类和酸类含量,从而降低生物油中氧和不稳定官能团的含量,在生物油改性提质中具有较好的应用前景。