三种洗涤预处理对稻草热解特性影响的对比研究
——文献综述
摘要：我国拥有丰富的生物质资源，但生物质原料的品质较低，主要表现在亲水性强、氧含量高、能量密度低，限制了生物质利用技术的进一步发展。通过洗涤预处理可以降低生物质原料中金属元素含量，并且有利于生物质热解生成较多的高价值化学品。水相生物油中含有多种有机成分，具有很多的改善生物质原料品质的潜力。本文通过工业分析、元素分析、热值分析、热重分析等方式，对比分析水相生物油、稀盐酸溶液和水洗涤预处理对稻草热解特性的影响。
关键词：酸洗预处理、水相生物油、稻草、热解、动力学
作为唯一可直接转化为液体燃料的可再生能源，生物质的转化技术一直受到国内外学者的广泛关注[1,2]。与传统燃料相比，生物质中常见元素的含量相对较低，挥发物的含量相对较高。此外，在生物质的生长过程中，二氧化碳的吸收与转化利用后所排放的二氧化碳产生平衡，实现了零碳排放。生物质的转化和利用方法多种多样，具体可以分为气化、燃烧、水热、热解和碳化，这些过程已被广泛研究。其中，热解技术因其温度低、流程短、反应过程快、转化率高、整个过程不需要氧气等优点而受到广泛关注[3,4]。生物质热解是指在没有空气（氧气）参与的条件下，用加热的方法将生物质分解，然后生成固体（焦炭）、液体（生物油）和气体产物的过程。
在木质纤维生物质制备生物油的过程中，其组分是影响最终产物的重要因素, 组分之间形成的特殊结构对热化学转化具有阻碍作用。因此，合理地对木质纤维生物质进行预处理显得尤为重要[5]。在研究初期，研究人员认为生物质热化学转化前没有必要进行预处理，然而，近年来研究发现，对生物质进行适当的预处理可以提高最终产物的产量以及改善其品质。与此同时，一些新技术和新工艺也应运而生。
生物质的预处理一般主要分为三种不同的方法，分别是物理法、化学法和生物法[6]。物理预处理主要是通过机械粉碎和加热的方式对生物质进行预处理，并将生物质加热到较高的温度。该工艺流程简单，缺点是能耗较高，难以实现将物理预处理完全运用于商业化。
化学法预处理是一种比较成功的方法，主要包括酸法（硫酸和盐酸）和碱法（氢氧化钠和氢氧化钙），此外，还会用离子液体、有机溶剂等对生物质进行处理。其中，在木质纤维素的转化中，用酸进行预处理比用碱进行预处理更有效。碱洗预处理主要是通过碱溶液与木质素反应，破坏木质素结构，溶胀纤维素，降低纤维素的结晶度。由于晶体结构阻碍了纤维素的降解，所以结晶度的降低有利于纤维素的降解。
在酸洗预处理的过程中，不同的预处理参数对总发酵糖的转化浓度有着影响，这些预处理参数包括处理的温度、时间和酸浓度。但是，酸洗也会破坏生物质中半纤维素及纤维素的结构，对三相产物的生成有较大的影响。而且，即使经过多次的洗涤，生物质的空隙中仍会有部分酸根离子残留，后续参与热解反应，并起到催化产油的作用。
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