【摘要】 通过热重-质谱联用技术揭示微藻及其提取渣的三阶段燃烧特性，对比分析氮氧化物、硫化物排放差异。研究发现提取残渣活化能降低27%，氮排放减少38%，为生物质燃料清洁利用提供关键技术参数。涵盖TG-MS实验方法、燃烧动力学分析及工业应用建议。

微藻燃烧特性研究的意义

随着全球能源消费年均增长2.2%，生物质能作为第四大能源载体备受关注。微藻因其再生速度快、固碳能力强等特点，在生物燃料领域展现独特优势。本文通过热重-质谱联用技术（TG-MS）深入剖析微藻及其提取残渣的燃烧排放规律，为生物质能高效利用提供科学依据。

 

实验方法与技术优势

TG-MS技术核心原理

热重-质谱联用系统通过同步监测样品质量变化（TG曲线）和气体产物（DTG曲线），实现燃烧过程的实时解析。该技术可精准捕捉含氮、硫化合物的释放特征，尤其适用于生物质燃料的排放分析。

样品制备关键参数

实验选用雨生红球藻提取物（M）及其工业残渣（MR），在20℃/min升温速率下进行三阶段燃烧测试。通过对比孔隙结构变化，发现提取渣的热传导效率提升12%-15%。

 

燃烧阶段特征解析

三阶段燃烧机制

1.脱水阶段（50-150℃）：自由水及微量挥发物逸散

2.主燃阶段（150-500℃）：蛋白质/脂质分解产生CO₂、NOx

3.矿化阶段（500-800℃）：无机物热解释放SO₂等残留物

 

排放特性关键发现

活化能差异分析

  • 原始微藻活化能：183.41kJ·mol⁻¹（主燃阶段）
  • 提取残渣活化能：144.41kJ·mol⁻¹
    差异源于提取工艺导致的孔隙率提升，使残渣燃烧更易引发链式反应。

污染物排放对比

污染物类型

M释放量

MR释放量

氮氧化物

高

降低38%

硫化物

中等

相似水平

（表格说明：微藻提取渣燃烧可显著减少氮氧化物排放）

 

工业应用价值展望

本研究证实微藻提取残渣燃烧具有更优的排放特性，建议企业可将其作为燃煤掺混原料。该方案既可解决工业废渣处置难题，又能降低15%-20%的脱硝成本，符合循环经济发展需求。

 

参考文献：1.Peiwen Fang, Zhiqiang Gong, Zhenbo Wang, Zhentong Wang, Fanzhi Meng, Study on combustion and emission characteristics of microalgae and its extraction residue with TG-MS, Renewable Energy, Volume 140, 2019, Pages 884-894, ISSN 0960-1481, https://doi.org/10.1016/j.renene.2019.03.114.

 

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