【摘要】 在Megan Soh等人的工作中介绍并分析了五种油棕生物质，即油棕树干（OPT）、棕榈仁壳（PKS）、油棕叶（OPF）、中果皮纤维（MF）和空果串（EFB）在热解和燃烧条件下的热重质谱（TG-MS）。

马来西亚约有449万公顷土地专门用于油棕种植，占2012年农业总土地的58%。提取棕榈油的研磨过程产生各种油棕生物量，如空果串（EFB）、棕榈仁壳（PKS）和中果皮纤维（MF）。热化学转化过程是利用油棕榈生物质作为马来西亚可再生能源替代品潜力的最有前途的途径之一。尽管有这种潜力，但缺乏全面的研究来表征油棕生物量的完整光谱。在Megan Soh等人[1]的工作中介绍并分析了五种油棕生物质，即油棕树干（OPT）、棕榈仁壳（PKS）、油棕叶（OPF）、中果皮纤维（MF）和空果串（EFB）在热解和燃烧条件下的热重质谱（TG-MS）。图1a、c和图1b、d分别显示了在非氧化（热解）条件和氧化（燃烧）条件下，在10°c/min加热速率下获得的OPT、PKS、OPF、MF和EFB的热重（TG）和导数热重（DTG）曲线。

 

图1 （a）非氧化条件和（b）氧化条件下油棕生物量的热重谱，以及（c）非氧化状态和（d）氧化状态下各自的DTG谱[1]

 

根据TG曲线，工作中油棕生物质的热解假设通过三种主要方式进行，即（1）表面结合水分和轻挥发性去除（30–140°C）；（2） 半纤维素和纤维素的脱挥发分（140–420°C）；和（3）木质素的缓慢脱挥发分（>380°C）。

 

图2 Coats-Redfern模型对五种油棕生物质热解的活化能[1]

 

使用Coats–Redfern积分法和Šesták–Berggren函数对这些生物质的TG数据进行动力学研究，以确定不同热分解阶段的活化能和反应机理，如图2所示。半纤维素、纤维素和木质素的热解分别发生在140–331、235–435和380–600°C，而半纤维素、纤维和木质素分别在140–313、225–395和372–600°C。在热解和燃烧两种情况下，纤维素分解的活化能最高。

 

在半纤维素和纤维素分解过程中，相边界反应占主导地位，而在木质素分解和焦炭氧化过程中，成核占主导地位。MS结果表明，大多数气体在250至600°C之间产生，在热解情况下主要来自CH4和H2O，在燃烧情况下主要来源于CH4、CO2和H2O。除了这些主要气体之外，还产生了NO、NO2和SO2，尽管与这些气体相比比例要低得多。基于TG-MS结果，还确定了每种生物质的最佳潜在应用，其中OPT和OPF用于气化和发酵，PKS用于生物炭生产和燃烧，MF用于生物油生产、燃烧和生物炭生产，EFB用于生物油和生物炭的生产。

 

[1] Soh, M., Chew, J.J., Liu, S. et al. Comprehensive Kinetic Study on the Pyrolysis and Combustion Behaviours of Five Oil Palm Biomass by Thermogravimetric-Mass Spectrometry (TG-MS) Analyses. Bioenerg. Res. 12, 370–387 (2019). https://doi.org/10.1007/s12155-019-09974-9

 

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