【深度研究】Py-GCMS技术解析椰枣生物质热解产物及生物燃料应用

在全球能源转型背景下，​木质纤维素生物质作为可再生能源的重要来源备受关注。突尼斯作为椰枣主产国，每年产生约20万吨椰枣棕榈废弃物（DPW）​。本文通过热裂解气质联用仪（Py-GCMS）​技术，深入探究椰枣废弃物的快速热解产物特性，为生物燃料开发提供科学依据。

一、椰枣废弃物热解技术原理与优势

热解技术在惰性环境中通过高温分解生物质，生成生物油（60-75%）、合成气（15-25%）和生物焦（10-15%）。其中快速热解技术（400-600℃/秒级加热）​因其高产油率成为研究重点：

• ​生物油：含左旋葡聚糖、呋喃等高附加值化合物
• ​合成气：以CO、H₂为主，可用于化工原料制备
• ​环保优势：避免传统焚烧/堆肥的氮污染物排放

二、Py-GCMS实验关键发现

研究团队采用Py-GCMS联用技术对DPP（椰枣叶柄）和DPS（椰枣茎）进行450℃/40s快速热解实验，通过色谱-质谱联用获得精准分析结果：

图1(a)在热解DPP样本时所获得的色谱图，T=450°C，t=40s及最重要的化合物。(1)丙酮;(2)醋酸;(3)1-羟基-2-丙酮;(4)丙酸，2-氧代-乙酯;(5)糠醛;(6)苯酚;(7)5-(羟甲基)-2-呋喃甲醛;(8)2,6-二甲氧基-苯酚;(9)1,6-无水-。Β-d-他吡喃糖;(10)左旋葡聚糖;(11)3,4-二乙基-2,4-己二烯酸二甲酯;(12)硬脂酸。(b)在热解DPS样本时所得的色谱图，T=450°C，t=40s及最重要的化合物。(1)丙酮(2)醋酸(3)1-羟基-2-丙酮(4)醋酐(5)糠醛(6)2-呋喃甲醇(7)环己酮(8)3-甲基-1,2-环戊二酮(9)环丙基甲醇(10)二氢-d-吡喃葡萄糖(11)5-(羟甲基)-2-呋喃甲醛(12)3,4-无水d-半乳糖(13)左旋葡聚糖(14)十一酸(15)正十二烷酸(16)硬脂酸(17)9-十八烯。

核心检测结果：​

1.​DPP样本检出12类化合物：

• 主要成分：左旋葡聚糖（18.3%）、醋酸（10%）、糠醛
• 特征产物：硬脂酸、2,6-二甲氧基苯酚

​2.DPS样本检出17种化合物：

• 高含量组分：无水糖（32%）、十一酸（5.8%）
• 独特成分：9-十八碳烯酸等长链脂肪酸

三、温度对产物分布的影响规律

通过热重-质谱联用（TGA-MS）分析发现：

• ​450℃为最佳热解温度：左旋葡聚糖产率峰值达18.3%
• 温度＞500℃时：糖类化合物裂解加剧，CO₂生成量上升
• H₂/CO比例优化：建议结合催化重整工艺提升合成气品质

四、椰枣生物油的应用前景

1.燃料领域：

• 可直接作为锅炉燃料（热值18-22MJ/kg）
• 经加氢处理可生产车用生物柴油

2.化工原料：

• 左旋葡聚糖→医药中间体
• 呋喃类化合物→生物基塑料前驱体

3.能源耦合：

• 合成气用于甲醇制备（H₂/CO=2时转化率最优）
• 生物焦作为土壤改良剂循环利用

五、技术突破与产业价值

本研究首次建立椰枣废弃物Py-GCMS分析数据库，为突尼斯农业废弃物资源化提供技术支撑。相比传统处理方法，快速热解技术可使生物质利用率提升40%，碳排放降低65%，具有显著的经济和环境效益。

参考文献：1.Gmar Bensidhom, Miriam Arabiourrutia, Aïda Ben Hassen Trabelsi, Maria Cortazar, Selim Ceylan, Martin Olazar, Fast pyrolysis of date palm biomass using Py-GCMS, Journal of the Energy Institute, Volume 99, 2021, Pages 229-239, ISSN 1743-9671, https://doi.org/10.1016/j.joei.2021.09.012.

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