烘焙改性纤维素的热解特性与产物品质研究
文献综述
当今世界能源体系变革愈发剧烈，世界能源总需求也呈现不断增长的趋势，相反能源生产增长的能力则鲜有较大突破，因此化学能源依旧是能源产业及其消费的主体部分。在此大背景之下，各国家及人们对化石能源的储量以及其供应安全等方面的忧虑日益成为关注的焦点，人类正在积极致力于对可再生能源的研究与发展。在诸多可再生能源中，生物质能是一种较为理想的能源，它能够通过一些特定的处理途径产生不同相态的物质，而这些物质中正包含着与人类日常生活密不可分的能源[2]。生物质的利用在国内外得到越来越多的重视。生物质具有亲水性强、研磨难度大、水含量和氧含量高、能量密度低等缺点，故而生物质能应用多样性成为必然，如何将生物质能的效能以及利用成为现阶段生物质研究的主方向，同时对生物质产物品质的研究及有效处理也是一大问题，这就需要对生物质应用之前进行适当的处理，诸如生物质材料的预处理，实验器材的选择，放大生产时设备和工艺的相应的完善，在生物质利用之前往往需要适当的改性预处理[10]。而对于富含纤维素的生物质，其进一步的开发与利用同样需要通过烘焙等方法进行改性处理[12,11]。
纤维素（cellulose）是由葡萄糖组成的大分子多糖。不溶于水及一般有机溶剂；自然界中分布最广、含量最多的一种多糖；由D-葡萄糖通过beta;(1→4)-糖苷键相连形成的高分子聚合物，也是自然界中储备量最大，分布最广的天然有机物[11]；由D-葡萄糖通过beta;(1→4)-糖苷键相连形成的高分子聚合物，也是自然界中储备量最大，分布最广的天然有机是植物细胞壁的主要成分，占植物界碳含量的50%以上。棉花的纤维素含量接近100%，为天然的最纯纤维素来源。一般木材中，纤维素占40～50%，还有10～30%的半纤维素和20～30%的木质素[3,6]。
纤维素是植物细胞壁的主要结构成分，通常与半纤维素、果胶和木质素结合在一起，其结合方式和程度对植物源食品的质地影响很大[10]。而植物在成熟和后熟时质地的变化则有果胶物质发生变化引起的。人体消化道内不存在纤维素酶，纤维素是一种重要的膳食纤维，同时其大量存在也是生物质进一步高效利用必须攻克的难题。经烘焙脱氧预处理后，生物质燃料性能大幅提高，利用效率更高，其利用的范围与便利性无疑同样会迎来质的飞跃[15]。
生物质预处理技术一般分为物理法、化学法、物理-化学法和生物法4类[5]。生物质烘焙脱氧是一种在常压、隔绝O2条件下，反应温度介于20-300℃之间的热处理过程[8,18]。在烘焙过程中，生物质组分（尤其是半纤维素）主要发生脱水反应、脱羟基反应和脱乙酰基反应，生物质中的O元素主要以CO2、水分和乙酸的形式脱除[7]。经烘焙预处理后，生物质的O元素含量大幅减小，C元素和固定碳含量逐渐增大。随着烘焙温度的升高，烘焙固体产物的颜色由黄褐色逐渐变成黑色，表现体积逐渐缩小，研磨性能也得到改善[1];由于纤维素、半纤维素的羟基官能团的大量破坏，生物质的疏水性能大幅提高[9]。
烘焙改性纤维素热解特性得到改良，对生物质的烘焙预处理结果进行分析，将会得到3种不同性质的产物，可以把它们分为烘焙后剩下的固体产品、液体产物以及产出的不可凝气体[13,19]。总的来说对于生物质预处理的烘焙技术已经从初级阶段开始转向成熟阶段，聚焦和探索生物质烘焙的论文及研究也在大量的涌现，而针对其相关产物如液体和气体产物的研究的进展还相对较为缓慢，在固体产品物质方面亦是如此，如何弄清楚对产品物质有决定性影响的因素，以及如何将产品物质品质最优化成为更加重要的课题[3]。因此需要进一步深入调研，本次实验研究旨在烘焙改性纤维素的热解特性、产物品质的研究方面进行更加深入的研究，对生物质全面和高效有针对性的利用作出科学探索和有实用性的结论，争取取得更大的突破，为生物质能的发展与利用技术提供数据和理论依据，最终对生物质切实的利用作出一定的贡献。
参考文献
[1] 陈登宇,张鸿儒,刘栋,陈勇. 烘焙预处理对秸秆热解产物品质及能量分布的影响[J].太阳能学报,2017,38(02):565-570.
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