潘超

（國家知識產權局專利局專利審查協作廣東中心，廣東廣州510530）

　　摘要：本文即是對添加劑對生物質熱解的影響進行研究，首先論述了生物質能的利用技術，然后以杉木、松木以及棉稈的鋸屑作為原料，利用NaOH、Na₂CO₃、Na₂SiO₃、NaCl、TiO₂、H₃PO₄以及Fe₂(SO₄)₃作為添加劑，了解著7種添加劑對3種生物質熱解產物產率、析出時間、熱解產物類型等方面的影響進行研究，以期能為相關工作提供參考。

　　生物質能主要指的是太陽能以化學能形式被存儲在生物質內，形成了以生物質為載體的能量形式，它一般存在于能夠進行光合作用的生物體內，以植物為代表，通過現代技術能夠將其轉化為固態、液態以及氣態的燃料，屬于可再生性資源，能夠有效解決人類目前所面臨的能源危機情況。

　　1生物質能利用技術的概述

　　生物質能是一種優質的可再生性資源，其會隨著具有光合作用的綠色植物的生長而不斷增加，并且其能量密度較低，在轉化過程中能夠提高效率。因此人類目前掌握了多種生物質能的利用技術，其根據所利用的物質條件不同，可以將利用技術分為三大類，主要包括生物轉換技術、物理轉換技術和化學轉換技術。其中生物轉換技術主要是利用厭氧發酵技術，配合各種具有特殊性質的酶對有機物進行水解反應，進而產生各類燃料，其中以沼氣池最為常見：而物理轉換技術主要是通過壓縮、萃取等物理方法，將原本結構呈松散狀態的生物質能轉變為液態或固態的燃料，提高其能量濃度；而化學轉換技術則是利用熱解反應和酯交換技術來完成的，在進行轉換的過程中大多會用到無機物添加劑進行催化。

　　2添加劑對生物質能熱解情況影響的實驗

　　2.1實驗材料和儀器

　　實驗材料選擇的是杉木、松木以及棉稈的鋸屑，而實驗儀器主要包括電熱干燥箱、電子天平、萬能粉碎機、箱式電阻爐、微波高溫爐等。添加劑包括NaOH、Na₂CO₃、Na₂SiO₃、NaCl、TiO₂、H₃PO₄以及Fe₂(SO₄)₃這7種。

　　2.2實驗方法

　　首先，將杉木、松木以及棉稈進行粉碎，并將其碎屑放入電熱干燥箱內進行干燥，溫度設定為105℃，干燥的時間大約在3-4h。然后將干燥后的木屑加入蒸餾水和各種添加劑，其劑量配比為木屑：蒸餾水：催化劑=60g:400ml:6g，但其中Na₂SiO₃和H₃PO₄比較特殊，這兩種添加劑的劑量分別為12.2g和7.1g。第三，將已經配好的實驗原料放在常溫陽光處曬足24h，防止原料中濕度過大導致烘干過程中出現烤焦的情況。第四，將原料放入電熱干燥箱中進行干燥，溫度設定同樣為105℃，時間同樣為3-4h，待干燥完畢后將原料取出密封保管。第五，本次實驗主要應用的是常規熱解技術和微波熱解技術兩種，取55g的原料填入反應器中，蓋緊反應器的蓋子，對其進行反應。另外反應器內還需要進行排氣，以免氣體中的雜質導致實驗數據誤差或引起實驗事故等。

　　2.3實驗結果分析

　　本次實驗中，當加入不同添加劑的原料在500℃的條件下進行熱解，其各類能源物質的產率均不相同，其中以Na₂SiO₃所產生的液體產率最低，但是其固體產物產率最高，同時氣體物質產率較低，導致這種情況的原因可能是由于Na₂SiO₃是一種膠狀物質，一般難溶于水中，因此很難與原料進行混合，因此對熱解產物的產出率有著較大的影響。其具體如下圖：

　　另外，在上圖中還可以看出，本身呈堿性或中性的添加劑，其對于杉木的熱解氣體產物產率的影響較小，其產物產率基本相同，但是具有酸性的添加劑對于杉木的熱解氣體產物產率的影響較大，能夠提升其氣體產物的產率，并且其產率隨著酸性的增加而增加。這主要是由于酸性添加劑能夠與杉木中的纖維素發生反應，形成單糖物質，而單糖物質還還能夠繼續進行熱解，并最終轉化為氣體產物。另外，本次試驗中的7種添加劑均使得杉木的液體產物的產率下降，這主要是由于大部分物質均被熱解轉化為氣體產物，并且杉木熱解所產生的焦油等大分子物質更加容易被轉化為氣體，因此減小了液體產物的數量。同時，杉木的固體產物產率也有所增加，其中以加入Na₂SiO₃產生的最多同樣的，運用這7中添加劑也使得松木的液體產物的產率明顯降低，并且使得氣體產物的產率增高，另外，具有堿性的添加劑使得松木的固體產物產率大幅度增加，但是酸性或中性的添加劑對于松木固體產物的產率影響情況不大。而對于棉稈來說，其所添加的7種添加劑也使得液體產物的產率降低，提高了氣體產物的產率，但是相比于杉木和松木，棉稈的固體產物產率也有所降低。其主要原因在于棉稈本身含有較多的礦物質，其能夠有效參與熱解反應，使得棉稈的熱解更加徹底和充分，因此使得氣體產物的產率大幅度提高。

　　3結語

　　在利用熱解技術對生物質能進行利用時，應該對所利用的生物質能進行研究，并根據所需要的能量的物質形態選擇適當的無機添加劑，這樣就能夠提高目標產物的產量，增加人類對于生物質能的利用率，進一步解決能源危機。

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