“绿水青山”是我国生态文明建设的核心理念,绿色发展关乎着国家未来与人民福祉。为了实现生态环境与能源利用的可持续性发展,建立以“碳中和”为宗旨的能源体系是生态文明建设的首要任务。生物质是唯一可储存和运输且零CO2排放的清洁可再生能源,气化技术是将碳中性生物质资源转化为高品位气体的最佳选择。炭的气化是生物质气化过程中的限速步骤,反应速率也是气化技术的瓶颈所在。课题选取玉米秸秆炭作为原料开展气化实验,考察气化条件对秸秆炭气化反应性的影响,研究秸秆炭结构特征与气化特性之间的关系,明确H2O-O2共气化中协同效应的发生机理及方向性。首先,以气化温度、水蒸气浓度、氧气浓度为单因素条件,进行正交实验,然后在水蒸气或氧气单一氛围以及混合氛围下对玉米秸秆炭开展气化实验。结果表明:H2O-O2混合气化氛围下,氧气气化和水蒸气气化反应间存在着正向的协同作用;氧气浓度高于1%时,碳转化率高于水蒸气或氧气单独气化。氧气对水蒸气气化的促进作用是建立在较高水蒸气浓度的基础之上,51%H2O+1%O2混合气化的活化能在不同碳转化率下均明显低于H2O气化对应的活化能。通过氮气吸附、红外光谱以及拉曼光谱等测试手段,对向水蒸气中添加氧气前后玉米秸秆炭的物理化学结构进行了表征。同时结合玉米秸秆炭的气化反应条件以及物理化学结构演变,研究共气化中协同效应发生机理以及方向性。从物理结构上,气化后的炭有较完整且类似的孔隙结构,孔径分布较为一致,集中在微孔和中孔。氧气的添加可以使炭孔隙结构更发达,使孔容、比表面积、吸附量增加,从微观角度证明了在较高水蒸气浓度前提下氧气对水蒸气气化的促进作用。温度升高有利于H2O与O2进行开孔、扩孔,使中孔的比例扩大;炭的吸附量、孔容以及比表面积呈线性增长,为气化反应提供良好的反应场所,氧气与水蒸气气化正向协同效果更为明显。从化学结构上,气化反应促进了玉米秸秆炭中含氧官能团断裂以及芳香环结构缩聚,气化后芳香程度增加。氧气气化后芳香族C-H吸收强度提高;水蒸气气化后芳香环C-O结构吸收强度提高。在H2O-O2混合气化过程中,随着H2O浓度升高,O2促使更多的官能团断裂,炭中芳香环的缩合程度加剧且C-O结构增多,正向协同作用越明显。在不同的温度下,H2O-O2共气化相对于H2O气化过程,芳香环上C-O与C=O结构都相对增多,验证了不同温度下都存在着正向协同作用。在较低温度时,H2O-O2的协同作用更为明显。论文研究结果可为玉米秸秆炭的气化应用提供参考,具有实际工程意义。