纤维素、半纤维素和木质素热解产生的挥发性物质

为了深入研究热解机理，进一步发展选择性热解技术，通过管式炉放大实验（300~700 C），研究并比较了3种主要组分（纤维素、半纤维素和木质素）热解过程中挥发性产物的特性，深入讨论了挥发性产物（包括生物油和生物气）的分布、温度的影响以及各单一组分的贡献。研究发现，对于每个样品热解，热解温度及其自身的化学结构对生物油和生物气的产率、组成起着重要作用。

纤维素、半纤维素和木质素生产生物油的最佳温度分别集中在500 C、450 C和600 C，纤维素对生物油的形成贡献较大，半纤维素是生物气的主要贡献者。且随着温度升高，三种组分产生的生物气较多，但挥发性产物的组成因其独特的化学结构而不同。三种组分中，纤维素产生的CO最多，半纤维素产生的CO2最多，木质素产生的CH4最多，且HHV最大。对于生物油，纤维素生物油表现出独特的糖类和较高的呋喃类，半纤维素生物油含有较高的酸类和酮类，而木质素生物油则以酚类为主。

图 1. 生物质中三种主要成分的 FTIR 光谱[1]。

纤维素、半纤维素和木质素这三种主要成分热解产生的挥发性产物的特性在很大程度上取决于热解条件和它们自身的化学结构。维素、半纤维素和木质素热解产生生物油的最佳温度分别为500℃、450℃和600℃，最大生物油产率分别为64.70%、41.44%和39.73%。三种成分中，纤维素是生物油产品形成的主要因素，半纤维素是生物气产品的主要贡献者。

随着温度的升高，三种主要成分热解产生的生物气产率呈现相同的趋势，而不同样品产生的生物气产物的组成则有所不同。纤维素热解产生的CO最高，这是因为羰基含量较高。半纤维素热解产生的CO2最高，这是因为羧基含量较高。木质素热解产生的CH4最高，这是因为其芳香环和甲氧基含量较高，其HHV最大。此外，从GC-MS结果可以看出，每种组分热解产生的生物油的组成存在显著差异。

纤维素生物油表现出独特的糖类，呋喃类较多，半纤维素生物油主要含有较多的酸和酮，木质素生物油的主要成分是酚。

将进行进一步的研究，以探究这三种成分之间的相互作用，并评估生物质热解挥发性产物的表征。结果可以得出结论，使用以生物质中的三种生物质组分为特征的三元模型混合物可以预测地描述真实生物质热解产物的性质，产品的应用与用于热解的前体密切相关。

[1] Zhao C, Jiang E, Chen A. Volatile production from pyrolysis of cellulose, hemicellulose and lignin[J]. Journal of the Energy Institute, 2017, 90(6): 902-913.

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