烟草废弃生物质热解实验研究.docx

烟草废弃生物质热解实验研究摘要：采用热重分析方法以氮气为载气对不同粒径烟梗、烟杆和玉米秸秆等生物质进行不同升温速率下的热解实验分析出烟梗在不同条件下的失重情况并与烟杆和玉米秸秆进行对比分析。研究显示：烟梗热解主要由水分析出低沸点化合物析出半纤维素、纤维素热解析出挥发分木质素热解和生物炭的形成五个热重阶段组成。升温速率的提高会导致挥发分析出困难、峰值向高温区移动、而析出量增大；在相同的热解条件下烟梗的热稳定性最好；随着粒径的减小烟梗在低温区的热解持续时间缩短热解能力变差析出挥发分减少。关键词：热重分析；生物质；热解；升温速率；粒径化石染料的广泛使用对环境的危害已广为人知：一是二氧化碳造成的温室效应；二是二氧化硫所引起的酸雨污染；三是氮氧化物这些都带来了严重的环境污染和气候变化问题。据资料显示[1]2012至2013年我国的进口原油接近2.7亿吨对外的依存度超过了55%煤炭进口3.2亿吨供需矛盾的出现势必会严重影响国家的石油安全。化石能源的枯竭和环境的恶化严重制约着当今社会的发展而生物质能以其独特的特点（可再生性低二氧化碳排放几乎不排放二氧化硫）跃然纸上。因此科学高效地利用生物质能源必将成为解决我国能源环境的有力措施之一。在刚出台的十三五规划中也承诺在2030年实现减排65%非化石能源占一次能源消费比重达到20%左右其中也提到了加快发展生物质能的要求。现阶段最常见的生物质能源利用方式是生物质气化、燃烧将其转化为高效洁净能源产品或燃料物质。烟草业是贵州省的支柱产业。常年种植烤烟20万公顷左右产量40万吨左右约占全国烤烟总量的20%是全国烤烟生产的第二大省。这就导致每年势必会有大量的烟草废弃物出现而它们得不到高效利用就会造成资源浪费。近年来大多数烟草废弃物的研究都着重于提取烟碱、植物蛋白和茄尼醇制备活性炭、堆肥和生物质类燃料等[3]而很少有关于烟草废弃物热解特性的研究。所以可以通过研究烟草废弃物热解特性了解挥发分热解析出规律使烟草废弃物能够得到广泛高效的利用实现企业节能减排达到废物资源化利用的目的为特定行业的废弃物处理提供新的路径。文章以烟梗为主要研究对象同时与烟杆、典型生物质玉米秸秆进行对比采用热重分析方法研究不同粒径、不同温升速率下烟梗、烟杆及玉米秸秆的热失重曲线分析其热解特性。1实验部分1.1采样实验所用生物质样品是烟梗、烟杆和玉米秸秆均采自清镇市。将采集来的样品在105℃的鼓风干燥箱中干燥2小时然后磨制成5个实验样品分别是：80目烟梗、150目烟梗、200目烟梗、80目烟杆、80目玉米秸秆。1.2实验仪器及方法本实验采用的是德国耐弛同步热分析系统STA409PC。实验方法：取12.5±0.5mg的实验样品放入热天平坩埚中在纯氮条件下以不同的升温速率进行实验从室温升温到900℃。升温速率分别设定为5℃/min、10℃/min、15℃/min、20℃/min、25℃/min；保持载气流量为40ml/min；保护气为氮气保持其流量在15ml/min。记录不同条件下TG-DTG-DSC曲线通过曲线分析其热解过程。2实验结果分析2.1热重特性分析以80目烟梗在氮气40升温速率5℃/min的条件下的TG-DTG曲线（图1）进行分析由TG-DTG曲线可看出烟梗主要经历了五个热失重阶段。初始失重阶段是从20℃-118.8℃该阶段DTG存在一个失重峰主要发生水分的析出[4]；第II个失重阶段是从118.8℃-178.9℃由于温度低于200℃所以该阶段主要归因于烟梗中低沸点化合物的析出[4]；第III个失重阶段是从178.9℃-339℃。此过程存在两个失重峰主要是烟草中的大分子聚合物的热解析出大量挥发分[4]失重最多的阶段其质量损失百分比达到了34.29%。第一个失重峰是在178.9℃-260.6℃期间主要是半纤维素的热解析出少量挥发分第二个失重锋是在260.6℃-339℃期间这是由于纤维素的热解析出大量挥发分[5]最大失重峰峰值温度为289.6℃；第IV个失重阶段是从339℃-510℃主要是因为高温使木质素热解导致质量损失；第V个失重阶段是从510℃-899.5℃生物炭缓慢形成产生炭的残留物[6]。2.2不同生物质热重特性比较分析a不同生物质TG曲线b不同生物质DTG曲线图2以80目烟梗在氮气40升温速率15℃/min的条件下的TG-DTG曲线（图2）进行分析比较由几种不同生物质的TG-DTG曲线可知烟杆热解与烟梗热解过程表现的TG-DTG曲线走势形状大致相同烟杆的TG曲线向低温区移动烟杆没有明显的半纤维素热解