微波輻射生物質的介電特性及低溫熱解行為

????

生物質是一種綠色的可再生含碳資源，主要包括各類農林廢棄物、工業有機廢棄物和城市生活有機垃圾等，可直接通過熱解轉化成重要的固體、液體和氣體燃料，成為化石能源的理想替代品。目前生物質熱解通常採用電加熱，以傳導與輻射的方式進行熱量傳遞，通常溫度範圍在500-650 ℃之間。如何通過高效、定向、選擇性的加熱提高生物質熱解效率是目前的研究熱點。

近日，中國科學院低碳轉化重點實驗室研究團隊，充分利用微波的穿透性、整體性和選擇性加熱等優勢，自主設計搭建了微波熱重分析平台（專利申請號：201611047356.6，精度可高達1‰），對生物質的熱解過程進行深入研究，發現木屑最佳熱解溫度能夠從600 ℃降低至400 ℃，表觀活化能降低了50-100 kJ/mol（Bioresource technology,2017,238, 109-115）。在此基礎上，為了進一步分析微波熱解低溫特性，對纖維素、半纖維素和木質素等生物質主要組分低溫熱解行為進行了深入探究，利用KAS方法建立了生物質三組分微波熱解反應動力學模型，研究表明，生物質三組分在微波加熱下的起始熱解溫度較傳統熱解降低了50-120 ℃，且各自表觀活化能分別為47.82、44.81 和 51.54 kJ/mol，較傳統熱解降低了50-150 kJ/mol。結合分析三組分的本徵介電性性質與熱解失重過程的關聯特性，認為在熱解主要溫度區間內三組分的介電損耗因子存在著隨溫度升高而增加的特性，從而導致局部飛溫區域的出現，並生成瞬態的微波「熱點」，加速了熱解反應並強化了熱量傳遞，造成了熱解溫度和表觀活化能的降低。

通過將微波輔助生物質熱解行為和物料特性進行關聯研究，有助於深入了解微波場的致熱特性及其作用規律，從而為微波輻射生物質熱解技術的推廣和裝備的研發提供理論參考。

這一成果近期發表在AIChE Journal上，文章的第一作者是中科院上海高等研究院博士研究生羅虎，通訊作者是孔令照研究員和孫予罕研究員。

該論文作者為：Hu Luo, Li-Wei Bao, Ling-Zhao Kong, Yu-Han Sun

Revealing low temperature microwave-assisted pyrolysis kinetic behaviors and dielectric properties of biomass components

AIChE J.,2018, DOI: 10.1002/aic.16073

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！