生物质壳类物热解动力学研究.pdf

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1、第42卷第8期应用化工V01．42No．82013年8月AppliedChemicalIndustryAug．2013生物质壳类物热解动力学研究杜艳芳，卢珊，张晓萌(华东师范大学化学系，上海200241)摘要：利用热重分析研究不同升温速率下3种生物质(核桃壳、花生壳和葵花籽壳)的热失重行为，采用Coats—Redfem法计算得到了3种生物质在不同升温速率、不同气氛下反应动力学参数。结果表明，3种生物质在热解主要阶段可由一级反应过程描述。关键词：壳类物生物质；热重分析；动力学中图分类号：TQ351．2文献标识码：A文章编号：1671—3206(2013)08—1394—04Re

2、searchofpyrolysisanditskineticsonbiomassshelltypeDUYah-fang，LUShan，ZHANGXiao—meng(DepartmentofChemistry，EastChinaNormalUniversity，Shanghai200241，China)Abstract：Thestudiesonthreekindsofbiomass(walnutshells，peanutshellsandshellseeds)wereob—tainedusingTGandDTGcurvesatdifferentheatingrates．Kine

3、ticparametersofthreebiomasswerecal—culatedatdifferentheatingratesandatmospherewiththemethodofCoats—Redfern．TheresultsshowedthatthemainpyrolysisprocesscanbedescribedbyfirstorderreactionmodelwiththemethodofCoats—Redfern．Keywords：shellbiomass；thermogravimetricanalysis；kinetics生物质能又称“绿色能源”，是国际上

4、作为煤、表1试样样品的元素分析(％)Table1Ultimateanalysisdataofbiomass石油等替代燃料的研究方向之一LlJ。通常作为能量转化的生物质有：木材残留物、能源庄稼(专门用于能量生产的庄稼如秸秆、棉花秆、坚果壳类物等)和城市固体废弃物。我国生物质资源十分丰富，每年有很多农业废弃物，合理使用研究和开发热解生物质能对缓解日益严重的能源供需紧张问题和环境污染问题有着特殊的意义。目前国内外学者对生物HL-2070型粉碎机；TGA／SDTA851型热重差质热解技术方面开展了大量的工作引，本论文采用热分析仪。常见的生物质壳类物核桃壳、花生壳和葵花籽壳，利1．2实

5、验方法用Coats—Redfern法计算生物质分解反应的活化能每次实验取10mg左右生物质粉末，放人A1：O，以及指前因子，分析热解规律，为合理利用生物质提坩埚中，保护气氮气流量为30mL／min，反应气体供理论依据。(氮气或者空气)为50mL／min，分别以升温速率5，1实验部分1O，l5，20K／min从298K升温至1098K。1．1材料与仪器2结果与讨论核桃壳、花生壳、瓜子壳经粉碎机粉碎，颗粒粒2．13种生物质在不同升温速率下的热重曲线径在6O目左右，干燥后密封储存备用。3种生物质核桃壳、花生壳和葵花籽壳3种生物质在不同的元素分析，见表1。升温速率下的失重曲线和失重速

6、率曲线见图1一收稿日期：2013-05-27修改稿日期：2013-06-04基金项目：国家大学生创新性实验计划项目(111026959)作者简介：杜艳芳(1979一)，女，河南安阳人，华东师范大学工程师，从事物理化学实验教学与研究工作。电话：o21‘54344914，E—mail：yfdu@them．ecnu．edu．CII第8期杜艳芳等：生物质壳类物热解动力学研究139510K／rain为例，核桃壳、花生壳和葵花籽壳重量分别、0减少9．99％，13．63％和10．27％；第2阶段，温度从∞∞舯∞∞∞∞473—673K，是失重的快速热解阶段，TG曲线呈快速下降，热分解最为显著

7、。这是由于生物质壳类中的纤维素、半纤维素及木质素等有机组分的热解过程，核桃壳、花生壳和葵花籽壳重量分别减少51．39％，50．42％和59．70％；第3阶段为残余物的缓慢分解，此区间主要发生木质素的继续分解及大量的挥发性气体生成，温度区间是673—1073K，200300400500600700800900100011007yK核桃壳、花生壳和葵花籽壳重量分别减少35．55％，12．44％和9．02％。这个阶段木质素的热解可以形成较多的炭，该阶段的炭多属于碳的无定形结构，有少量石墨状微晶组成的炭，强度较