【摘 要】
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本研究工作以农作物秸秆作为生物质原料,纤维素粉和木质素粉为生物质组分模化物,系统考察了甲酸盐催化剂对生物质热解特性的影响,并获得了纤维素-木质素的相互作用对甲酸盐催化效果的影响规律。具体研究内容如下:首先,采用热重分析仪和固定床反应器相结合的方法,对甲酸钾、甲酸镍、甲酸锌催化玉米秸秆热解行为效果进行比较和评价。结果表明,甲酸钾使生物质中有机组分的分解温度发生前移,热解所需的表观活化能降低大约13.
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本研究工作以农作物秸秆作为生物质原料,纤维素粉和木质素粉为生物质组分模化物,系统考察了甲酸盐催化剂对生物质热解特性的影响,并获得了纤维素-木质素的相互作用对甲酸盐催化效果的影响规律。具体研究内容如下:首先,采用热重分析仪和固定床反应器相结合的方法,对甲酸钾、甲酸镍、甲酸锌催化玉米秸秆热解行为效果进行比较和评价。结果表明,甲酸钾使生物质中有机组分的分解温度发生前移,热解所需的表观活化能降低大约13.28KJ/mol,并增加气体产物产率。与非催化热解相比,甲酸镍使生物油的产率提高约8wt%。甲酸钾的添加促进生物油中酚类化合物的生成,而甲酸锌和甲酸镍则相反。此外,所有甲酸盐均使生物油中含氧化合物的总含量降低,其中添加甲酸钾后,酮类化合物含量明显增加。气体分析表明,添加甲酸钾和甲酸镍后,CO2和CO的产率均有所提高。其次,研究了纤维素-木质素的相互作用对甲酸盐催化热解行为的影响。结果表明,甲酸钾的存在影响了整个生物质组分热解过程,而甲酸镍的作用主要表现在339℃之前。甲酸钾作用下纤维素-木质素之间的相互作用有利于羰基化合物的生成,甲酸镍催化热解更有利于苯酚的生成。甲酸镍和甲酸钾分别提高了CO、CH4的峰强度。生物炭结构的演化进一步揭示了不同的甲酸盐对相互作用的影响。根据液体组分分布的统计方法,证实甲酸钾对降低纤维素与木质素相互作用的效果最强。最后,将甲酸钾、甲酸镍和甲酸锌两两复合制备获得复合型甲酸盐催化剂,探究复合型催化剂对秸秆热解行为的影响。研究表明,三种不同的复合催化剂均能够不同程度的增加生物油和合成气的产率,钾-镍复合催化剂使生物油和合成气的总增加量达到最大。负载三种复合催化剂均有助于降低热解反应的表观活化能,其中钾-镍复合催化剂使活化能降低最为显著,约为10.79KJ/mol。复合催化剂对降低生物油中含氧化合物含量的作用效果较为显著。
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