溫度對(duì)生物質(zhì)三組分熱解制備生物炭理化特性的影響

楊選民 王雅君 邱 凌,2 趙立欣 孟程琳,2

(1.西北農(nóng)林科技大學(xué)機(jī)械與電子工程學(xué)院， 陜西楊凌 712100；2.農(nóng)業(yè)部農(nóng)村可再生能源開發(fā)利用西部科學(xué)觀測(cè)實(shí)驗(yàn)站， 陜西楊凌 712100；3.農(nóng)業(yè)部規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院農(nóng)業(yè)部農(nóng)業(yè)廢棄物能源化利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 北京 100125)

溫度對(duì)生物質(zhì)三組分熱解制備生物炭理化特性的影響

楊選民1王雅君1邱 凌1,2趙立欣3孟程琳1,2

(1.西北農(nóng)林科技大學(xué)機(jī)械與電子工程學(xué)院， 陜西楊凌 712100；2.農(nóng)業(yè)部農(nóng)村可再生能源開發(fā)利用西部科學(xué)觀測(cè)實(shí)驗(yàn)站， 陜西楊凌 712100；3.農(nóng)業(yè)部規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院農(nóng)業(yè)部農(nóng)業(yè)廢棄物能源化利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 北京 100125)

以纖維素、木聚糖和木質(zhì)素為研究對(duì)象，利用真空氣氛爐熱解制備生物炭，探究溫度對(duì)生物質(zhì)三組分熱解制備生物炭理化特性的影響規(guī)律，為生物炭的性能調(diào)控和機(jī)理研究提供理論依據(jù)。結(jié)果表明：纖維素和木聚糖的熱解溫度范圍主要集中在300～500℃，纖維素生物炭產(chǎn)率由35.38%下降至20.93%，木聚糖生物炭產(chǎn)率由46.28%下降至29.40%，木質(zhì)素?zé)峤鉁囟确秶饕性?00～600℃，木質(zhì)素生物炭產(chǎn)率由81.22%下降至51.53%；熱解溫度對(duì)生物質(zhì)三組分制備生物炭的C、H、O、N元素含量的影響規(guī)律基本相同，即C元素含量逐漸升高，H、O、N元素含量逐漸降低，C元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別由69.42%、72.92%、54.75%升至96.39%、77.26%、67.97%；熱解溫度對(duì)生物質(zhì)三組分制備生物炭的灰分、揮發(fā)分、固定碳和熱值的影響規(guī)律基本相同，即揮發(fā)分逐漸降低，而灰分、固定碳和熱值均逐漸升高，揮發(fā)分分別由50.67%、44.89%、39.99%降至7.63%、5.52%、14.41%，固定碳分別由47.95%、55.03%、35.41%升至90.18%、94.11%、53.70%，熱值分別由25 652.58、26 681.81、21 173.29 kJ/kg升至34 602.52、33 965.15、24 142.62 kJ/kg；熱解溫度對(duì)木質(zhì)素生物炭的比表面積和孔徑分布影響明顯，對(duì)纖維素和木聚糖生物炭的影響較小，500℃時(shí)纖維素和木聚糖達(dá)到最優(yōu)的比表面積和微孔體積，600℃時(shí)木質(zhì)素達(dá)到最優(yōu)的比表面積和微孔體積；熱解溫度在500℃時(shí)，纖維素和木聚糖制備的生物炭達(dá)到最大的碘吸附值，纖維素生物炭碘吸附值為422.46 mg/g，木聚糖生物炭碘吸附值為115.06 mg/g，熱解溫度在600℃時(shí)，木質(zhì)素制備的生物炭達(dá)到最大的碘吸附值，為460.35 mg/g。

生物炭； 溫度； 理化特性； 熱解

引言

生物質(zhì)熱解是一種重要的生物質(zhì)利用技術(shù)[1]。生物炭是生物質(zhì)熱解的主要產(chǎn)物之一[2]，羥基、酚羥基、羧基等芳香結(jié)構(gòu)，以及脂肪族和氧化態(tài)碳是生物炭的典型特征[3-4]。生物炭具有諸多的優(yōu)良特性，如碳含量高、熱值高、孔隙發(fā)達(dá)、比表面積較大、性質(zhì)穩(wěn)定等[5]。生物炭可用于冶金和生產(chǎn)活性炭[6]，也可作為土壤的改良劑，增強(qiáng)土壤的持水性及提高水肥利用效率等[7-8]。

溫度是影響生物質(zhì)熱解過(guò)程和產(chǎn)物的關(guān)鍵因素[9-11]。生物質(zhì)熱解炭化一般分4個(gè)階段：第1階段為120～150℃，生物質(zhì)中所含水分依靠外部供給的熱量進(jìn)行蒸發(fā)；第2階段為150～275℃，不穩(wěn)定成分分解成CO2、CO及少量乙酸，標(biāo)志著熱解反應(yīng)的開始；第3階段為275～450℃，生物質(zhì)急劇地進(jìn)行熱分解，生成大量的分解產(chǎn)物，是熱解的主要發(fā)生階段；第4階段為450～500℃，這個(gè)階段是對(duì)木炭進(jìn)行煅燒，排出殘留在木炭中的揮發(fā)物質(zhì)，提高木炭中的固定碳含量[12]。300℃作為熱解主反應(yīng)起點(diǎn)、400℃作為熱解反應(yīng)劇烈點(diǎn)、500℃作為煅燒炭關(guān)鍵點(diǎn)、600℃作為常溫?zé)峤馓炕K結(jié)點(diǎn)，這4個(gè)溫度點(diǎn)常被用作研究熱解的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。趙世翔等[13]以蘋果枝條為原料在300、400、500、600℃下熱解，發(fā)現(xiàn)生物炭的碳含量、比表面積隨著溫度的增加而增大。楊瑛等[14]以棉稈為原料在400、500、600℃下熱解，發(fā)現(xiàn)生物炭產(chǎn)率隨著溫度的增加而減小。

生物質(zhì)主要是由纖維素、半纖維素和木質(zhì)素組成的高聚物，它的熱解行為可以認(rèn)為是這3種主要組分熱解行為的綜合表現(xiàn)[15-16]。從生物質(zhì)三組分的角度來(lái)分析生物質(zhì)熱解特性，可以從源頭上探究生物質(zhì)的熱解規(guī)律。而溫度對(duì)生物質(zhì)三組分熱解炭化同樣具有重要影響，但目前仍缺乏相關(guān)方面的研究報(bào)道。因此，本文以生物質(zhì)三組分為研究對(duì)象，測(cè)定其在不同溫度下制備生物炭的理化特性，包括產(chǎn)率、元素含量、表面結(jié)構(gòu)、碘吸附值等多項(xiàng)關(guān)鍵指標(biāo)，探究溫度對(duì)生物質(zhì)三組分熱解制備生物炭理化特性的影響規(guī)律，以期為生物炭的性能調(diào)控和機(jī)理研究提供理論依據(jù)。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

本試驗(yàn)所用原料為纖維素、半纖維素和木質(zhì)素。纖維素由阿拉丁生物科技有限公司提供(CAS號(hào)：9004-34-6)，呈粉末狀，顯白色。半纖維素結(jié)構(gòu)成分相對(duì)復(fù)雜，而木聚糖是半纖維素中最常見(jiàn)且含量最多的結(jié)構(gòu)單體，因此選用木聚糖作為半纖維素的模擬物，對(duì)半纖維素進(jìn)行熱解特性研究[17]。木聚糖由阿拉丁生物科技有限公司提供(CAS號(hào)：9014-63-5)，顯白色，為水不溶性木聚糖，純度85%。木質(zhì)素由Sigma公司提供(CAS號(hào)：8068-05-1)，該木質(zhì)素pH值為10.5，顯棕褐色。本試驗(yàn)所用原料均為粉末狀且粒徑小于0.1 mm，原料成分分析和熱值如表1所示。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 生物炭的制備

分別取纖維素、木聚糖、木質(zhì)素40 g，置于105℃電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)加熱干燥至質(zhì)量恒定，隨后放入真空氣氛爐內(nèi)，用高純氮?dú)獯祾?0 min，確保試驗(yàn)在絕氧狀態(tài)下進(jìn)行，熱解溫度在5 min內(nèi)由室溫(20℃)快速升至100℃，然后以1℃/min的升溫速率分別加熱至300、400、500、600℃，保溫2 h后自然冷卻至室溫。纖維素生成的生物炭分別記為C300、C400、C500和C600，木聚糖生成的生物炭分別記為H300、H400、H500和H600，木質(zhì)素生成的生物炭分別記為L(zhǎng)300、L400、L500和L600。

表1 原料成分分析和熱值

1.2.2 分析方法

(1)生物炭的產(chǎn)率計(jì)算

生物炭的產(chǎn)率計(jì)算公式為

(1)

式中Y——生物炭產(chǎn)率，%M——生物炭質(zhì)量，gM0——原料質(zhì)量，g

(2)工業(yè)分析

生物炭灰分和揮發(fā)分的含量根據(jù)GB/T 212—2008中緩慢灰化法進(jìn)行測(cè)定，干燥基固定碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的計(jì)算公式為

Cd=(1-Ad-Vd)×100%

(2)

式中Ad——干燥基灰分質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%Vd——干燥基揮發(fā)分質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%Cd——干燥基固定碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%

(3)元素分析

生物炭元素含量采用ECS4024型元素分析儀進(jìn)行測(cè)定。

(4)熱值分析

采用ZDHW-5型微機(jī)全自動(dòng)量熱儀對(duì)生物炭的熱值進(jìn)行測(cè)定。

(5)傅里葉變換紅外光譜

將制好的樣品研磨均勻后于壓片機(jī)制成薄片，采用BRUKER TENSOR 27型傅里葉紅外光譜儀進(jìn)行測(cè)定，測(cè)量范圍為400～4 000 cm-1，分辨率為4 cm-1。

(6)形貌分析

采用HITACHI TM3030型掃描電子顯微鏡對(duì)生物炭進(jìn)行形貌分析，該掃描電鏡的放大倍率為15～30 000倍。

(7)比表面積及孔徑結(jié)構(gòu)

采用JW-BK132F型比表面積及孔徑分析儀對(duì)生物炭的比表面積及孔徑分布進(jìn)行測(cè)定，該儀器是以靜態(tài)容量法對(duì)樣品進(jìn)行等溫吸附和脫附測(cè)定，通過(guò)BET方程計(jì)算得到樣品的比表面積，利用BJH模型計(jì)算得到孔徑分布。試驗(yàn)儀器比表面積測(cè)試范圍為0.000 5 m2/g以上，孔徑測(cè)試范圍為0.35～500 nm。

(8)碘吸附性分析

根據(jù)GB/T 12496.8—2015對(duì)生物炭的碘吸附值進(jìn)行測(cè)定。

2 結(jié)果與分析

2.1 生物炭的產(chǎn)率分析

圖1 生物炭的產(chǎn)率Fig.1 Yield of biochar

生物質(zhì)三組分熱解制備生物炭的產(chǎn)率隨熱解溫度的變化如圖1所示。熱解溫度由300℃升高至600℃，三組分熱解生物炭的產(chǎn)率均逐漸降低，木質(zhì)素生物炭產(chǎn)率由81.22%迅速下降至51.53%。熱解溫度由300℃升高至500℃時(shí)，纖維素和木聚糖中大量的揮發(fā)分和低沸點(diǎn)物質(zhì)不斷析出，因此生物炭產(chǎn)率快速降低，纖維素生物炭產(chǎn)率由35.38%下降至20.93%，木聚糖生物炭產(chǎn)率由46.28%下降至29.40%。熱解溫度由500℃升高至600℃時(shí)，高沸點(diǎn)物質(zhì)和難揮發(fā)性物質(zhì)緩慢分解，生物炭產(chǎn)率下降趨于緩和，纖維素生物炭產(chǎn)率由20.93%下降至20.67%，木聚糖生物炭產(chǎn)率由29.40%下降至27.12%。這說(shuō)明纖維素和木聚糖的熱解溫度范圍主要集中在300～500℃，在這個(gè)溫度區(qū)間內(nèi)，纖維素和木聚糖釋放大量揮發(fā)分，生物炭產(chǎn)率快速下降。而木質(zhì)素是生物質(zhì)三組分中熱穩(wěn)定性最好的組分，其熱解溫度區(qū)間相對(duì)較寬，集中在300～600℃范圍內(nèi)。另外，木質(zhì)素炭產(chǎn)率較高，一方面是因?yàn)槟举|(zhì)素是一種芳香族高分子化合物，另一方面是因?yàn)楸驹囼?yàn)所用木質(zhì)素中灰分的含量較高，灰分中的金屬鹽類成分也會(huì)對(duì)生物炭的形成產(chǎn)生催化作用[18]。

2.2 生物炭的成分分析和熱值

生物質(zhì)三組分熱解制備生物炭的成分及熱值變化如表2所示。熱解溫度對(duì)生物質(zhì)三組分制備生物炭的C、H、O、N元素影響規(guī)律基本相同，即隨著熱解溫度的升高，C元素含量逐漸升高，H、O、N元素含量逐漸降低。這是由于在高溫?zé)峤夥磻?yīng)過(guò)程中，C—H和C—O鍵發(fā)生斷裂，使得H原子和O原子轉(zhuǎn)化為揮發(fā)性氣體，脫離了碳結(jié)構(gòu)體系[19]；同時(shí)，高溫使N原子轉(zhuǎn)化為氨基或其他含氮有機(jī)氣態(tài)物質(zhì)，同樣也脫離了碳結(jié)構(gòu)體系[20]。

表2 生物炭的成分分析和熱值

熱解溫度由300℃升高至600℃，三組分生物炭的揮發(fā)分迅速下降，纖維素?fù)]發(fā)分下降43.04個(gè)百分點(diǎn)，木聚糖揮發(fā)分下降39.37個(gè)百分點(diǎn)，木質(zhì)素?fù)]發(fā)分下降25.58個(gè)百分點(diǎn)，而同時(shí)，灰分和固定碳含量則逐漸升高。另外，因?yàn)樯锾恐泄潭ㄌ己康纳邔?duì)熱值的貢獻(xiàn)高于灰分含量升高和揮發(fā)分含量降低所造成的負(fù)效應(yīng)，所以生物炭的熱值也逐漸增大。

2.3 表面特征分析

圖2 纖維素生物炭傅里葉紅外譜圖Fig.2 FTIR of biochar from cellulose

圖3 木聚糖生物炭傅里葉紅外譜圖Fig.3 FTIR of biochar from hemicellulose

木質(zhì)素生物炭的傅里葉紅外譜圖如圖4所示，木質(zhì)素是以苯丙烷為基本單位構(gòu)成的非線形高分子有機(jī)化合物，有著豐富的甲氧基和羥基支鏈[22]。由于碳氧鍵的鍵能較小，隨著溫度的升高，1 100～1 160 cm-1處的峰值(C—O鍵)強(qiáng)度大幅度下降；并且1 568 cm-1處的峰值(苯環(huán)骨架C—C鍵)隨著溫度的升高也呈逐漸減弱的趨勢(shì)，在600℃已非常微弱，說(shuō)明苯環(huán)已大部分被裂解。872～878 cm-1附近的峰值面外彎曲，該峰的強(qiáng)度隨著溫度的升高逐漸變大，單環(huán)芳烴逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榇蠓肿臃枷阕宸肿?，這與纖維素和木聚糖熱解生成生物炭是類似的，說(shuō)明三組分不僅在熱解溫度區(qū)間存在交互區(qū)，而且具有某些結(jié)構(gòu)相似的熱解產(chǎn)物[23]。

圖4 木質(zhì)素生物炭傅里葉紅外譜圖Fig.4 FTIR of biochar from lignin

2.4 形貌分析

生物炭的SEM掃描圖像隨熱解溫度變化放大1 000倍的情況如圖5所示。熱解溫度由300℃升高至500℃，纖維素生物炭的纖維壁不斷變薄，纖維直徑不斷減??；木聚糖生物炭表面呈現(xiàn)少量的氣孔，而后逐步變得密集且均勻，這些均與揮發(fā)分迅速聚集析出和氣體產(chǎn)物不斷釋放相關(guān)。而隨著熱解溫度繼續(xù)升高至600℃，纖維素生物炭表面開始出現(xiàn)坍塌現(xiàn)象，而木聚糖生物炭表面孔隙結(jié)構(gòu)不斷擴(kuò)大，且孔的數(shù)量較少，生物炭表面逐步出現(xiàn)斷層，這是由氣體產(chǎn)物大量的釋放和過(guò)高的熱解溫度使已生成的炭骨架被破壞所致[24]。

熱解溫度由300℃升高至600℃，揮發(fā)分迅速聚集析出和氣體產(chǎn)物不斷增多，木質(zhì)素生物炭的孔隙結(jié)構(gòu)趨于復(fù)雜化和均勻化，簡(jiǎn)單的孔隙結(jié)構(gòu)變得致密多樣，在較大孔隙的周圍及內(nèi)部形成大量的小孔。這種豐富的孔隙結(jié)構(gòu)有利于提高木質(zhì)素生物炭的吸附性能。

圖5 生物炭的形貌特征Fig.5 Morphology of biochar

2.5 比表面積及孔徑結(jié)構(gòu)分析

生物炭的比表面積及孔徑結(jié)構(gòu)如表3所示。熱解溫度由300℃升高至600℃，纖維素生物炭的比表面積提高0.834 4 m2/g，總孔體積提高0.012 8 cm3/g；木聚糖生物炭的比表面積提高0.106 4 m2/g，總孔體積提高0.011 4 cm3/g；木質(zhì)素生物炭的比表面積提高4.267 2 m2/g，總孔體積提高0.001 4 cm3/g。三組分生物炭孔徑以大孔為主，微孔極少，隨溫度的升高，纖維素和木聚糖微孔體積變化很小，木質(zhì)素微孔體積由0.001 3 cm3/g升至0.002 2 cm3/g。熱解溫度在500℃時(shí)，纖維素生物炭平均孔徑達(dá)到最低的14.496 8 nm，木聚糖生物炭平均孔徑達(dá)到最低的9.964 9 nm，熱解溫度在600℃時(shí)，木質(zhì)素生物炭平均孔徑達(dá)到最低的8.470 9 nm。這表明，熱解溫度對(duì)木質(zhì)素制備生物炭的比表面積及孔徑結(jié)構(gòu)影響明顯，在600℃時(shí)達(dá)到最優(yōu)的比表面積和微孔體積，而熱解溫度對(duì)纖維素和木聚糖制備生物炭的比表面積及孔徑結(jié)構(gòu)影響較小，在500℃時(shí)達(dá)到最優(yōu)的比表面積和微孔體積，這與SEM圖像觀測(cè)的結(jié)果基本一致。

表3 生物炭的比表面積和孔徑結(jié)構(gòu)

2.6 碘吸附性分析

碘吸附值是表征炭對(duì)小分子雜質(zhì)吸附能力的重要指標(biāo)。生物炭的碘吸附值隨溫度變化的情況如圖6所示。熱解溫度由300℃升高至600℃，纖維素和木聚糖生物炭的碘吸附值都呈現(xiàn)先升高后下降的趨勢(shì)，其中在500℃時(shí)，纖維素生物炭碘吸附值達(dá)到最大的422.46 mg/g，木聚糖生物炭碘吸附值達(dá)到最大的115.06 mg/g，熱解溫度升高至600℃時(shí)，纖維素生物炭的碘吸附值降至367.35 mg/g，木聚糖生物炭的碘吸附值降至112.48 mg/g。熱解溫度由300℃升高至600℃過(guò)程中，由于木質(zhì)素生物炭的孔隙結(jié)構(gòu)逐步變得發(fā)達(dá)，其碘吸附值呈明顯上升趨勢(shì)，在600℃時(shí)達(dá)到最大的460.35 mg/g。生物質(zhì)三組分熱解制備生物炭的碘吸附性整體變化趨勢(shì)與比表面積及孔徑結(jié)構(gòu)的測(cè)試結(jié)果基本保持一致。

圖6 生物炭的碘吸附值Fig.6 Iodine adsorption value of biochar

3 結(jié)論

(1) 纖維素和木聚糖的熱解溫度范圍主要集中在300～500℃，纖維素生物炭產(chǎn)率由35.38%下降至20.93%，木聚糖生物炭產(chǎn)率由46.28%下降至29.40%；木質(zhì)素?zé)峤鉁囟确秶饕性?00～600℃，木質(zhì)素生物炭產(chǎn)率由81.22%降至51.53%。

(2) 熱解溫度對(duì)生物質(zhì)三組分制備生物炭的C、H、O、N元素的影響規(guī)律基本相同，即C元素含量逐漸升高，H、O、N元素含量逐漸降低。

(3) 熱解溫度對(duì)生物質(zhì)三組分制備生物炭灰分、揮發(fā)分、固定碳和熱值的影響規(guī)律基本相同，即揮發(fā)分逐漸降低，而灰分、固定碳和熱值均逐漸升高。由300℃升至600℃，纖維素生物炭揮發(fā)分由50.67%降至7.63%，固定碳由47.95%升至90.18%，熱值由25 652.58 kJ/kg升至34 602.52 kJ/kg；木聚糖生物炭揮發(fā)分由44.89%降至5.52%，固定碳由55.03%升至94.11%，熱值由26 681.81 kJ/kg升至33 965.15 kJ/kg；木質(zhì)素生物炭揮發(fā)分由39.99%降至14.41%，固定碳由35.41%升至53.70%，熱值由21 173.29 kJ/kg升至24 142.62 kJ/kg。

(4) 熱解溫度對(duì)木質(zhì)素生物炭的比表面積和孔徑分布影響最大，對(duì)纖維素和木聚糖生物炭的影響較小。在500℃時(shí)，纖維素和木聚糖達(dá)到最優(yōu)比表面積和微孔體積，纖維素比表面積為3.720 9 m2/g，微孔體積為0.001 5 cm3/g，木聚糖的比表面積為3.449 3 m2/g，微孔體積為0.001 4 cm3/g；在600℃時(shí)，木質(zhì)素達(dá)到最優(yōu)的比表面積和微孔體積，木質(zhì)素的比表面積為8.162 4 m2/g，微孔體積為0.002 2 cm3/g。

(5) 熱解溫度在500℃時(shí)，纖維素和木聚糖制備的生物炭達(dá)到最大的碘吸附值，纖維素生物炭碘吸附值為422.46 mg/g，木聚糖生物炭碘吸附值為115.06 mg/g；熱解溫度在600℃時(shí)，木質(zhì)素制備的生物炭達(dá)到最大的碘吸附值為460.35 mg/g。

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Effect of Temperature on Physicochemical Properties of Biochar Prepared by Pyrolysis of Three Components of Biomass

YANG Xuanmin1WANG Yajun1QIU Ling1,2ZHAO Lixin3MENG Chenglin1,2

(1.CollegeofMechanicalandElectronicEngineering,NorthwestA&FUniversity,Yangling,Shaanxi712100,China2.TheWestScientificObservingandExperimentalStationofRuralRenewableEnergyExploitationandUtilization,MinistryofAgriculture,Yangling,Shaanxi712100,China3.KeyLaboratoryofEnergyResourceUtilizationfromAgricultureResidue,MinistryofAgriculture,ChineseAcademyofAgriculturalEngineering,Beijing100125,China)

With the aim to study the performance regulation and mechanism of different biochar-based biomasses, cellulose, hemicellulose and lignin were used as the raw materials to prepare biochar by pyrolysis in vacuum atmosphere furnace. The results manifested that the pyrolysis temperature of cellulose and hemicellulose ranged from 300℃ to 500℃, and the yields of biochar decreased from 35.38% (cellulose), 46.28% (hemicellulose) to 20.93%, 29.40%, respectively. Meanwhile, the pyrolysis temperature range of lignin was 300～600℃, and the yields of biochar decreased from 81.22% to 51.53%. Moreover, the effect of pyrolysis temperature on C, H, O and N contents of prepared biochar were similar in the three feedstocks. The content of C raised up gradually according to the temperature increase, while the contents of H, O, N decreased gradually. Detailly, the content of C increased from 69.42%, 72.92%, 54.75% to 96.39%, 77.26%, 67.97% for cellulose, hemicellulose and lignin, respectively. The effect of pyrolysis temperature on the content of ash, volatile, fixed carbon and the calorific value was basically the same in the three feedstocks. The volatile relatively decreased, and the ash, fixed carbon and calorific value increased gradually. Specifically, the volatile from the cellulose, hemicellulose and lignin fell to 7.63%, 5.52%, 14.41% from 50.67%, 44.89%, 39.99%, respectively. The fixed carbon increased from 47.95%, 55.03%, 35.41% to 90.18%, 94.11%, 53.70%, respectively. The calorific value rose to 34 602.52 kJ/kg, 33 965.15 kJ/kg, 24 142.62 kJ/kg from 25 652.58 kJ/kg, 26 681.81 kJ/kg, 21 173.29 kJ/kg, respectively. The significant effect of pyrolysis temperature on the specific surface area and pore size distribution of the prepared biochar was observed for lignin, however, insignificant effect was shown for cellulose and hemicellulose. The optimal surface area and pore volume of the biochar produced from cellulose and hemicellulose was obtained at 500℃, and the lignin was at 600℃. Besides, when the pyrolysis temperature was at 500℃, the iodine adsorption value of the biochar from cellulose and hemicellulose reached their respective maximum values at 422.46 mg/g and 115.06 mg/g. Meanwhile, at the pyrolysis temperature of 600℃, the iodine adsorption value of the biochar from lignin reached the maximum point of 460.35 mg/g.

biochar; temperature; physicochemical properties; pyrolysis

10.6041/j.issn.1000-1298.2017.04.037

2016-07-20

2016-11-02

農(nóng)業(yè)部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放項(xiàng)目(KLERUAR2015-01)、公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專項(xiàng)(201503135-18)和陜西省農(nóng)業(yè)專項(xiàng)(2015-136)

楊選民(1979—)，男，實(shí)驗(yàn)師，主要從事生物質(zhì)能源研究，E-mail： tzgkyxm@163.com

邱凌(1957—)，男，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事生物能源與環(huán)境工程研究，E-mail： ql2871@126.com

S216

A

1000-1298(2017)04-0284-07