木屑堆积物是指从山林采伐中生成的杂木及家具加工厂加工木材后产生的废弃木料,主要由纤维素、半纤维素和木质素等化学成分组成。作为一种可再生材料,其广泛应用于化工原料或产品行业。然而,木屑堆积物产量大、自热潜力较高,近年来由于其自热而引发的自燃火灾事故时有发生。另一方面,木屑堆积物的自热过程往往需时较久且在发生自燃前基本上没有较明显的征兆。因此,木屑堆积物在储存和运输过程中的自热危险性应当受到关注和重视。为了更好地防范木屑堆积物自燃事故的发生,本研究将从多个角度探讨木屑堆积物自热危险性的影响机理。本文以木屑堆积物为研究对象,首先通过实验和理论相结合的方法评价了木屑堆积物的自热危险性;然后从化学成分(纤维素、半纤维素和木质素)的角度着重探讨了它们对木屑堆积物自热影响的机理;最后通过搭建木屑堆积实验平台,分析了木屑堆积物在自热过程中微生物群落的动态演变和理化参数的变化。本研究主要结论如下:(1)通过自热物质实验、热重实验、热分析动力学方法(Friedman方法)和Frank-Kamenetskii理论等分析手段系统地评价了三种木屑样品(红酸枝、柏木和松木)的自热危险性。随着堆积尺寸从0.1 m增加到1.6 m(立方体堆积物),红酸枝、柏木和松木的自燃临界环境温度分别从155±0.1、165±0.1和175±0.1℃降低到81.2±0.3、96.0±0.4和125.9±0.3℃。木屑堆积物的自燃临界环境温度值越低,表明其自热危险性越高。因此,三种木屑样品中,红酸枝的自热危险性最高,松木的自热危险性最低。根据气相色谱-质谱联用实验分析,红酸枝、柏木和松木的总峰面积分别为218.4×10~7、75.8×10~7和3.2×10~7。该结果表明,在三种木屑样品中,红酸枝的可溶性成分最多,而松木的可溶性成分最少。根据以上结果发现,当木屑样品中可溶性成分含量高于其他样品时,其自热危险性也高于其他样品,反之亦然。(2)从化学成分(纤维素、半纤维素和木质素)的角度出发,通过一系列实验深入研究了木屑堆积物自热危险性的机理。首先热重分析表明,本研究采用的木屑样品的热分解诱导期介于110℃和230℃之间(该诱导期属于自热过程),当温度高于230℃时,样品就会发生热分解。此外,结合热重分析和成分分析,结果表明木质素在木屑样品热分解诱导期内分解最明显,而木质素的含量与木屑样品的自热危险性呈正相关。最后通过扫描电子显微镜、傅里叶变换红外光谱仪和X射线光电子能谱仪对木屑自热的机理进行深入探讨。结果表明:纤维素在木屑热分解诱导期内保持稳定;对于半纤维素来说,它则发生了氧化反应,但很弱。而木质素则发生了明显的脱水反应(醇失去羟基),使木质素呈现出明显的多孔结构。因此,木质素的脱水反应对木屑自热危险性的影响最明显。(3)搭建木屑堆积(约60.0 kg)实验平台,研究木屑堆积物在自热过程中(共51天,分三个阶段)微生物群落的动态演变和理化参数的变化。结果表明,在木屑堆积物自热过程的不同阶段存在着不同的微生物群落。在充足的水分、氧气和养分的条件下,在属于热稳定细菌的厚壁菌门Firmicutes的活动下(尤其是嗜热短芽孢杆菌Brevibacillus thermoruber、嗜热淀粉芽孢杆菌Bacillus thermoamylovorans和巴伦葛兹类芽孢杆菌Paenibacillus barengoltzii),木屑堆积物的温度甚至在3天内可以达到60℃左右(第一阶段)。在这一阶段,从木屑化学成分的角度来看,纤维素和半纤维素的分解速率比木质素分解速率更快。此外,在每个阶段的后期(25?42℃),属于细菌的变形菌门Proteobacteria(特别是嗜麦芽窄食单胞菌Stenotrophomonas maltophilia)和真菌的子囊菌门Ascomycota(尤其是刚毛黑孢壳Petriella setifera、长柄木霉Trichoderma longibrachiatum和几种曲霉菌Aspergillus species)的微生物大量存在,并继续缓慢地降解有机物质。本课题的研究对于木屑堆积物的自热危险性评价及掌握木屑堆积物的自热机理具有重要意义,也对分析木屑堆积物自燃事故的发生原因具有一定的参考价值,为木屑堆积物的储运安全保障措施的制定提供参考依据。