生物质内源矿物对热解过程及生物炭稳定性的影响

选用花生壳和牛粪两种富碳生物质,通过酸洗去矿和外加典型矿物的方法,在热重分析仪中模拟热解过程,探讨矿物对热解行为的催化效应;通过元素分析计算碳保留;通过K_2Cr_2O_7化学氧化以及拉曼光谱考察矿物对生物炭稳定性的影响。结果表明:内源矿物对生物质热解中的分解温度有显著催化效应,将碳骨架的主体分解温度从250~400℃降低到200~350℃;花生壳中典型矿物为KCl,牛粪中为CaCl_2;矿物CaCl_2对牛粪的分解催化效应比KCl对花生壳的催化效应更显著。生物质去矿后,热解过程中碳保留率并未发生显著变化,但生物炭产物中碳稳定性提高。K_2Cr_2O_7氧化实验表明,去矿花生壳和去矿牛粪制备的生物炭碳稳定性比原始生物质制备的生物炭分别增加了52.7%和30.6%;通过拉曼光谱观察碳结构,发现生物质去矿后制备的生物炭有序化增强(ID/IG减小),说明矿物质使生物炭更易产生晶格缺陷,对产物稳定性有负面作用。因此,生物质内源矿物的存在,在热解时催化碳分解,使得生物炭碳结构更无序化,降低产物稳定性,但对过程中碳保留率的影响不显著。