微波辐射生物质的介电特性及低温热解行为

生物质是一种绿色的可再生含碳资源，主要包括各类农林废弃物、工业有机废弃物和城市生活有机垃圾等，可直接通过热解转化成重要的固体、液体和气体燃料，成为化石能源的理想替代品。目前生物质热解通常采用电加热，以传导与辐射的方式进行热量传递，通常温度范围在500-650 ℃之间。如何通过高效、定向、选择性的加热提高生物质热解效率是目前的研究热点。

近日，中国科学院低碳转化重点实验室研究团队，充分利用微波的穿透性、整体性和选择性加热等优势，自主设计搭建了微波热重分析平台（专利申请号：201611047356.6，精度可高达1‰），对生物质的热解过程进行深入研究，发现木屑最佳热解温度能够从600 ℃降低至400 ℃，表观活化能降低了50-100 kJ/mol（Bioresource technology, 2017, 238, 109-115）。在此基础上，为了进一步分析微波热解低温特性，对纤维素、半纤维素和木质素等生物质主要组分低温热解行为进行了深入探究，利用KAS方法建立了生物质三组分微波热解反应动力学模型，研究表明，生物质三组分在微波加热下的起始热解温度较传统热解降低了50-120 ℃，且各自表观活化能分别为47.82、44.81 和 51.54 kJ/mol，较传统热解降低了50-150 kJ/mol。结合分析三组分的本征介电性性质与热解失重过程的关联特性，认为在热解主要温度区间内三组分的介电损耗因子存在着随温度升高而增加的特性，从而导致局部飞温区域的出现，并生成瞬态的微波“热点”，加速了热解反应并强化了热量传递，造成了热解温度和表观活化能的降低。

通过将微波辅助生物质热解行为和物料特性进行关联研究，有助于深入了解微波场的致热特性及其作用规律，从而为微波辐射生物质热解技术的推广和装备的研发提供理论参考。

这一成果近期发表在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罗虎，通讯作者是孔令照研究员和孙予罕研究员。

该论文作者为：Hu Luo, Li-Wei Bao, Ling-Zhao Kong, Yu-Han Sun

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

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