基于分子层面研究海藻多糖与纤维素分子共热解协同现象

通过对海藻多糖、纤维素模型化合物的共热解过程进行分子动力学模拟,探究其协同耦合现象。选取海藻内2种主要的多糖分子(硫酸多糖、褐藻糖胶)和陆生生物质的主要成分纤维素为研究对象。模拟基于Amber力场和ReaxFF力场发现:虽然海藻多糖与纤维素热解特性有许多相似之处,但分子结构上的差异使两者在热解过程中表现出不同的热力学特征。其中最明显的是两者热解温度范围不完全重叠,多糖分子提前热解产生大量的氢提供给纤维素,使纤维素热解更充分。共热解与单独热解叠加的模拟结果相比较,分子裂解碎片数目差异较大,共热解可促进两者的热解,提高热解转化率,增加中温段的产气率。     

条浒苔与稻壳共热解协同效应

为了进一步探究大型海藻与陆生生物质共热解的协同效应,选取条浒苔与稻壳生物质作为代表进行了单样以及不同混合比例的共热解台架试验。通过三相产物产率的计算,以及生物油产物的GC-MS、FT-IR、热值分析和对气相产物的GC分析,研究了条浒苔与稻壳共热解协同效应的影响。共热解的气相产物产率在各个混合比例下均高于理论值,说明共热解对气相产物的生成具有促进作用,同时共热解气相产物中甲烷、乙烷、乙烯、丙烷为主的小分子烃类物质产率高于理论值,生物油中以乙酸为代表的小分子产物明显增多,分析认为条浒苔灰分中Na、K等碱金属具有促进大分子产物进一步裂解的催化作用,进一步验证了条浒苔与稻壳共热解的协同效应。     

基于副产物揭示条浒苔热解机理

以生物质条浒苔为原料,石英管管式炉为反应器,在190、320、550℃热解温度下制备半焦,以X射线光电子能谱法(XPS)为主要分析手段,利用XPS检测不同热解温度下半焦表面结构变化,同时结合热解气和半焦电镜扫描的分析结果揭示条浒苔的热解机理。研究结果表明:条浒苔在低温段(190℃)热解过程中主要以脱水和部分小分子侧链的解聚为主;在中温段(190～320℃)热解过程中,蛋白质、硫酸多糖及一些脂类物质开始不断解聚和重组;在高温段(320～550℃)热解过程中,蛋白质与水溶性多糖基本热解完毕,少量纤维素碳化生成CO、CH_4气体并析出。