【摘要】 本文通过Py-GCMS与TG/DTG技术研究枣椰树叶（DPP）与空果束（DPS）的快速热解行为，揭示450℃下左旋葡聚糖、乙酸等产物的分布规律，为生物质能源转化提供数据支持。

枣椰树生物质热解是生物能源领域的研究热点，其废弃物的高效转化对资源利用至关重要。通过Py-GCMS（在线热解-气相色谱质谱联用）与热重分析（TGA）技术，可精准解析热解过程中的产物分布及温度影响规律。本文以枣椰树叶（DPP）与空果束（DPS）为研究对象，结合实验数据揭示其热解行为差异。

 

一、枣椰树生物质热解研究现状

传统生物质热解多聚焦于木质纤维素成分（纤维素、半纤维素、木质素）的分解规律。Makkawi团队在鼓泡流化床反应器中研究了525℃下枣椰树叶、叶茎等部位的快速热解，发现生物油与不凝气体的成分差异显著，但温度对产物演化的影响尚未深入分析。
近年，Bensidhom等通过Py-GCMS技术系统性对比不同温度下的产物分布，发现450℃为DPS热解产率峰值点（18.3%），高温下因二次裂解导致产率下降。这一结果为优化热解工艺提供了关键数据支撑。

 

二、TG/DTG曲线揭示热解阶段特性

DPP生物质在10℃/min、20℃/min、40℃/min升温速率下的质量损失与失重速率对比图

图1 （a）不同升温速率（10、20、40◦C/min）下DPS的TG和DTG图。（c）不同升温速率（10、20、40◦c / min）下DPP的TG和DTG图

热解过程可分为三个阶段：

1.脱水阶段（<100℃）​：水分蒸发导致初始质量下降。

2.活性热解区（180-400℃）​：半纤维素（180-285℃）、纤维素（250-360℃）、木质素（>350℃）依次分解，DTG曲线呈现多峰特征。

3.被动区（>600℃）​：碳与灰分为最终残留物，无挥发分释放。

 

三、Py-GCMS解析挥发性产物组成

DPP与DPS样品在450℃热解40秒后的GC/MS总离子流图及主要化合物标注

图2 PP样品热解得到的色谱图，T = 450°C, T = 40 s和最重要的化合物（b） DPS样品热解得到的色谱图，T = 450°C, T = 40 s和最重要的化合物。

Py-GCMS检测显示，产物以含氧化合物为主：

  • ​左旋葡聚糖：纤维素降解标志物，DPS中含量显著高于DPP（纤维素含量差异导致）。
  • ​乙酸：DPP热解产物中占比约10%，与半纤维素分解相关。
  • ​其他组分：酚类（木质素衍生物）、呋喃类（糖类脱水产物）及少量含氮/硫化合物。

温度对产物分布影响显著：450℃时左旋葡聚糖与乙酸浓度达峰值，高温下因二次反应生成小分子气体（如合成气）。

 

四、结论与工业应用价值

枣椰树生物质热解产物特性与其解剖部位、温度条件密切相关。Py-GCMS与TG/DTG联用技术可精准指导生物油品质优化及反应器设计。未来研究可进一步探索催化剂对含氧化合物选择性调控的作用。

 

参考文献：

1.Makkawi, Y.;  El Sayed, Y.;  Salih, M.;  Nancarrow, P.;  Banks, S.; Bridgwater, T., Fast pyrolysis of date palm （Phoenix dactylifera） waste in a bubbling fluidized bed reactor. Renewable Energy 2019, 143, 719-730.

2.Bensidhom, G.;  Arabiourrutia, M.;  Ben Hassen Trabelsi, A.;  Cortazar, M.;  Ceylan, S.; Olazar, M., Fast pyrolysis of date palm biomass using Py-GCMS. J. Energy Inst. 2021, 99, 229-239.

 

科学指南针充分发挥互联网技术和业务优势，在国内率先打造出业界领先的线上化、数字化的科研服务基础设施，在行业内首创用户自主下单、服务全流程追踪、测试“云现场”等模式，进一步提高了大型科学仪器设施开放共享和使用效率，以实际行动助力科技创新。现已发展成为中国专业科研服务引领者，已获得检验检测机构资质认定证书（CMA）、实验动物使用许可证、“ISO三体系认证”等专业认证。

 

免责声明：部分文章整合自网络，因内容庞杂无法联系到全部作者，如有侵权，请联系删除，我们会在第一时间予以答复，万分感谢。