基于TG-FTIR的香蕉莖桿熱解特性研究

楊碩 王詩寧 王鑫 沈伯雄

摘要 香蕉莖桿是一種低成本產(chǎn)量高的生物質(zhì)廢棄物，其熱解產(chǎn)物具有高值化利用的潛力。利用熱重分析儀和傅里葉紅外光譜儀，并結(jié)合多升溫速率法和分峰擬合法研究了香蕉莖桿的熱解過程。通過失重曲線發(fā)現(xiàn)，熱解的主要溫度范圍為160 ～ 370 ℃。高溫逸出氣的紅外光譜圖表明，當(dāng)溫度到達(dá)約310 ℃時，逸出氣體種類最豐富，濃度最高。多升溫速率法計算得出香蕉莖桿的熱解活化能為169 ～ 321 kJ/mol。分峰擬合法計算得出半纖維素分解、纖維素分解、木質(zhì)素分解和殘余物深度炭化的擬合峰活化能約為174 kJ/mol、176 kJ/mol、280 kJ/mol和365 kJ/mol。

關(guān) 鍵 詞 香蕉莖桿；熱解；多升溫速率法；分峰擬合法；逸出氣體

中圖分類號 TK6? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼 A

Pyrolysis characteristics of banana stem based on TG-FTIR

YANG Shuo1， 2， WANG Shining1， 2， WANG Xin1， 2， SHEN Boxiong1， 2

（1. School of Energy and Environmental Engineering， Hebei University of Technology， Tianjin 300401， China; 2. Tianjin Key Laboratory of Clean Energy and Pollution Control， Tianjin 300401， China）

Abstract Banana stem is a low-cost and high-yield biomass， and its pyrolysis products have the potential for high-value utilization. Thermogravimetric analyzer and Fourier infrared spectrometer were used to study the pyrolysis process of banana stems. Besides， the multi-heating rate method and multi-peak fitting method was used for kinetic analysis. It was found that the main decomposition zones was 160 ～ 370 ℃. The types of evolved gas were the most abundant at about 310 ℃. On the basis of multi-heating rate method， activation energy of banana stem was 169 ～ 321 kJ/mol. On the basis of multi-peak fitting method， activation energy of four simulated peaks （hemicellulose， cellulose， lignin and the deep degradation of the remains） were 174 kJ/mol， 176 kJ/mol， 280 kJ/mol and 365 kJ/mol.

Key words banana stem; pyrolysis; multi-heating rate method; multi-peak fitting method; evolved gas

0 引言

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們總體的能源需求量日益提高。以化石燃料為主的能源結(jié)構(gòu)導(dǎo)致了能源的枯竭和環(huán)境污染。太陽能、生物質(zhì)能、風(fēng)能、核能等可再生能源引起人們的廣泛關(guān)注。其中，生物質(zhì)能近幾年發(fā)展速度較快，已成為全球占比第一的可再生能源[1]。熱解是一種將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化成高值化產(chǎn)物的有效途徑。生物質(zhì)經(jīng)熱解處理后，不僅可以得到生物炭、生物油、生物氣等多種能源產(chǎn)物，而且氮硫化合物的釋放量較少，能夠減少環(huán)境污染。許多生物質(zhì)原料已經(jīng)通過熱解得到了有效的開發(fā)利用，如微藻[2]、農(nóng)林廢棄物[3]、污水污泥[4]和城市生活垃圾[5]等。

香蕉莖桿是一種產(chǎn)量極大的熱帶農(nóng)業(yè)廢棄物，其機械預(yù)處理成本低于硬木。作為世界第四大糧食作物，一棵香蕉樹只結(jié)一次果，每1 hm2香蕉可產(chǎn)生600 ～ 900 t莖桿。每年在大量收獲果實的同時，香蕉莖桿廢棄物會大量堆積。這些廢棄物若加以綜合利用，既可以保護(hù)環(huán)境，又能有助于提高香蕉的產(chǎn)值和資源的利用率。Ghosh等[6]通過生物預(yù)處理的方法提高了香蕉莖桿熱解生物油的質(zhì)量。陳靜文等[7]發(fā)現(xiàn)香蕉莖桿熱解產(chǎn)生的生物炭較其原樣具有更高的熱穩(wěn)定性。余偉光等[8]在600 ℃的條件下對高錳酸鉀預(yù)處理的香蕉莖桿進(jìn)行熱解，發(fā)現(xiàn)生成的生物炭對Cu2+具有很強的吸附能力?？梢?，針對香蕉莖桿熱解產(chǎn)物利用的相關(guān)研究已受到了部分學(xué)者的關(guān)注。但是，關(guān)于香蕉莖桿的熱解特性和熱解機理缺乏系統(tǒng)的數(shù)據(jù)報道，通過對熱解特性和機理的分析，有助于準(zhǔn)確理解熱解過程中的微觀反應(yīng)，對提高熱解產(chǎn)物的質(zhì)量具有指導(dǎo)作用。

熱重分析儀與傅里葉紅外光譜儀聯(lián)用技術(shù)（TG-FTIR）是一種常見且有效的熱解分析方法。在氮氣的惰性氛圍下，以不同的升溫速率對香蕉莖桿進(jìn)行熱解實驗，分析其失重特性，并通過與FTIR聯(lián)用確定了香蕉莖桿熱解過程中產(chǎn)生的主要逸出氣成分。此外，主流的熱解反應(yīng)動力學(xué)分析都僅將分解過程基于轉(zhuǎn)化率分區(qū)進(jìn)行計算，這與真實的生物質(zhì)樣品組成不符。因此，本文基于多升溫速率法，結(jié)合分峰擬合法，計算出香蕉莖桿熱解的動力學(xué)參數(shù)和3種化學(xué)組分（半纖維素、纖維素、木質(zhì)素）擬合峰的動力學(xué)參數(shù)。綜合香蕉莖桿的熱解失重特點、逸出氣特點和動力學(xué)參數(shù)，分析了香蕉莖桿的熱解特性，為實際熱解過程中的大規(guī)模量產(chǎn)提供了理論依據(jù)。

1 材料

香蕉莖桿樣品取自中國廣東省。將香蕉莖桿原料切成小塊，在105 ℃條件下干燥24 h以去除樣品中的水分。利用微型植物研磨機對干燥的生物質(zhì)樣品進(jìn)行研磨，篩分至40目（0.38 ～ 0.25 mm）。根據(jù)中國國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T212—2001對該香蕉莖桿樣品的水分、灰分、揮發(fā)分和固定碳含量進(jìn)行工業(yè)分析。利用Elementar Vario EL元素分析儀對該香蕉莖桿樣品的碳、氫、氧、氮、硫進(jìn)行元素分析。該香蕉莖桿樣品的工業(yè)分析和元素分析結(jié)果如表1所示。與玉米芯[7]、竹子[9]、小麥秸稈[10]等常見的生物質(zhì)材料相比，該香蕉莖桿樣品的灰分含量較高。

2 實驗方法

2.1 化學(xué)結(jié)構(gòu)表征

將香蕉莖桿粉末與溴化鉀粉末以1∶100的比例均勻混合并研磨，壓片制成薄膜，使用VERTEX80v紅外光譜儀對香蕉莖桿樣品的化學(xué)結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征，光譜采集范圍為4000 ～ 400 cm-1。

2.2 熱重分析

使用SDT-Q600同步熱分析儀，在高純氮氣的惰性氣氛下，分別以5個不同升溫速率（5 ℃/min、10 ℃/min、15 ℃/min、20 ℃/min、25 ℃/min）進(jìn)行香蕉莖桿樣品的熱解實驗，熱解溫度從室溫升至800 ℃，氮氣流量為100 mL/min，每次實驗樣品用量約為5 ～ 6 mg。

2.3 逸出氣紅外分析

采用TG-FTIR耦合技術(shù)分析香蕉莖桿熱解過程中產(chǎn)生的高溫逸出氣體特性。利用STA499F3熱分析儀進(jìn)行熱解實驗，升溫速率為25 ℃/min，溫度從50 ℃升至800 ℃，樣品用量約為30 mg。利用VERTEX70v紅外光譜分析儀對高溫逸出氣進(jìn)行在線連續(xù)測試，光譜采集范圍為4000 ～ 650 cm-1。為避免熱解逸出氣凝結(jié)，熱重分析儀與傅里葉紅外光譜分析儀間的傳輸管線溫度保持在200 ℃。

2.4 動力學(xué)分析

生物質(zhì)樣品的熱解反應(yīng)一般可以簡化為：A（固體）→B（固體）+ C（氣體），其反應(yīng)速率可用式（1）表示：

式中：α為樣品熱解轉(zhuǎn)化率，%；t為熱解反應(yīng)時間，s；k為熱解速率常數(shù)，s-1；[f（α）]表示熱解反應(yīng)機理函數(shù)。

將Arrhenius方程代入式（1），得到式（2）：

式中：A為熱解反應(yīng)指數(shù)前因子，s-1；[Eα]為活化能，kJ / mol；R為氣體常數(shù)，R = 8.314×10-3 kJ/（mol?K） ；[Tα]為樣品轉(zhuǎn)化率為α?xí)r對應(yīng)的熱解溫度，°C。

在恒定加熱速率（β = dT/dt）的條件下，動力學(xué)方程可以轉(zhuǎn)化為式（3），將式（3）等號兩邊取自然對數(shù)，可得式（4）：

式中[β]為熱解反應(yīng)的升溫速率，℃/min。

在動力學(xué)分析中，多升溫速率法采用式（4）為計算模型。在同一轉(zhuǎn)化率下，以[lnβT2α]為y軸，[1Tα]為x軸做線性擬合曲線，根據(jù)擬合曲線計算斜率，可求得活化能[Eα]。在同一溫度下，以[lnfα]為y軸，[lnβdαdTα]為x軸做線性擬合曲線，選取使擬合直線斜率最接近1的機理方程，可得最佳機理函數(shù)[fα]。將活化能[Eα]和最佳機理函數(shù)[fα]代入式（4），可得指前因子A。

同時，針對生物質(zhì)樣品熱解過程中的復(fù)雜化學(xué)反應(yīng)，基于多升溫速率法，采用式（5）為計算模型，將生物質(zhì)熱解過程分峰擬合為多個模擬反應(yīng)過程，并討論各擬合峰的動力學(xué)參數(shù)，以討論熱解機理。

3 結(jié)果與分析

3.1 香蕉莖桿樣品的化學(xué)結(jié)構(gòu)

香蕉莖桿含有豐富的官能團(tuán)，圖1為香蕉莖桿樣品的紅外光譜圖。由于生物質(zhì)化學(xué)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，官能團(tuán)的紅外吸收光譜峰會存在重疊的現(xiàn)象。3 400 cm-1處為O-H伸展振動，可能是由氫鍵、酸或醇引起的；2 920 cm-1處為C-H伸展振動，1 410 cm-1、1 380 cm-1和1 320 cm-1處為C-H的彎曲振動，主要由于烷基和芳香族中的甲基、亞甲基的存在[11]；1 730 ～ 1 550 cm-1處存在C=O的伸展振動，說明存在典型的羧基和羰基官能團(tuán)；1 620 cm-1、1 510 cm-1和1 450 cm-1處為芳香族骨架振動[12]；1 240 cm-1處為C-O-C的伸展振動，可能是由于吡喃糖環(huán)骨架、芳香族甲氧基的響應(yīng)[13]；1 050 cm-1處為C-O的彎曲變形振動，主要是因為伯醇羥基、甲氧基的存在[14]。

3.2 香蕉莖桿的熱解特性

熱解失重曲線可以直觀的體現(xiàn)出隨著溫度升高樣品分解的失重情況。圖2顯示了香蕉莖桿樣品在5 ℃/min、10 ℃/min、15 ℃/min、20 ℃/min、25 ℃/min升溫速率下的熱重曲線（TG）和微分熱重曲線（DTG），圖中未展示100 ℃以下水分揮發(fā)的失重曲線。

香蕉莖桿的熱解過程大致可以分為4個階段，分別為預(yù)熱解、快速分解、緩慢炭化和深度裂解4個階段。從室溫至160 ℃為香蕉莖桿熱解的第一階段，主要是樣品的預(yù)熱及水分的脫除。同時，可能會伴隨一些不穩(wěn)定支鏈的分解。在該階段，樣品的質(zhì)量變化較小，約為7.96%。第二階段為熱解的主要階段，溫度范圍在160 ～ 370 ℃之間。在該階段，香蕉莖桿快速分解，大量揮發(fā)分析出，樣品的質(zhì)量損失較大，約占總失重的70%。在300 ℃左右，DTG曲線上出現(xiàn)了一個明顯的熱解峰，最大失重速率約為0.753 2 %/℃，這主要是因為纖維素和半纖維素的分解。370 ～ 550 ℃為香蕉莖桿分解的第3階段，香蕉莖桿逐漸炭化，熱解速率逐漸降低，反應(yīng)緩慢進(jìn)行。大約從550 ℃開始，香蕉莖桿的分解開始進(jìn)入第4階段，熱解反應(yīng)基本結(jié)束。但在650 ℃左右，DTG曲線出現(xiàn)了一個較低的熱解峰，這與熱解殘渣的深度炭化有關(guān)[15]。最終，殘余焦炭質(zhì)量約為初始樣品質(zhì)量的34.36%。

在不同升溫速率下，香蕉莖桿的熱解曲線的總體趨勢相同。但是，隨著升溫速率的升高，熱解峰值溫度由277.41 ℃逐漸升高至305.78 ℃，香蕉莖桿樣品的熱解失重曲線存在明顯的滯后現(xiàn)象。這主要是由于生物質(zhì)材料本身的導(dǎo)熱性能低。隨著升溫速率的增加，升溫時間縮短，香蕉莖桿樣品內(nèi)部的傳熱不夠充分，樣品內(nèi)部與外表面存在溫度梯度[16]。

3.3 香蕉莖桿熱解逸出氣的釋放特性

為進(jìn)一步分析熱解失重過程中逸出氣的排放特征，采用熱重紅外聯(lián)用技術(shù)對香蕉莖桿的熱解逸出氣連續(xù)采集檢測。圖3具體展示了香蕉莖桿在250 ℃、310 ℃、400 ℃、480 ℃、690 ℃、750 ℃下的紅外光譜圖。

在250 ℃時，H2O引起3 800 ～ 3 500 cm-1處O-H的拉伸振動、CO2引起的2 399 ～ 2 246 cm-1處C=O的不對稱拉伸振動、CO引起的2 230 ～ 2 050 cm-1處C-O拉伸振動和酸類、酮類、醛類引起的1 880 ～ 1 660 cm-1處C=O拉伸振動較為明顯。在310 ℃時，樣品分解最快。相對熱重曲線，存在約10 ℃的延遲。與250 ℃的吸收光譜圖相比，H2O、CO2、酸類、酮類、醛類等產(chǎn)物釋放量明顯增多，新增了C-H拉伸振動，并且1 500 ～ 1 000 cm-1處吸收光譜對應(yīng)的化合鍵振動明顯，可能有大量醇類、酚類、醚類等含氧有機化合物的釋放。在400 ℃時，各個化學(xué)鍵拉伸振動強度都在變?nèi)酰珻H4、CO2、酸類、酮類、醛類的釋放相對較為明顯。在480 ℃下，CH4的釋放量增加。在690 ℃后，僅存在少量CO2和CO的釋放。當(dāng)溫度達(dá)到750 ℃時，CO2和CO釋放量極少，且CO釋放量高于CO2。

根據(jù)朗伯-比爾定律，不同波數(shù)下的吸光度可以反映出不同釋放產(chǎn)物的濃度[17]。為進(jìn)一步研究香蕉莖桿樣品熱解過程中主要逸出氣的排放特征，提取出了2 966 cm-1、2 362 cm-1、2 181 cm-1、1 772 cm-1、1 107 cm-1等波數(shù)所對應(yīng)的吸收峰。紅外光譜曲線如圖4所示，分別對應(yīng)CH4、CO2、CO、含C=O鍵化合物、含氧化合物等。

CO2和CO有2個相同的峰值釋放點，分別在310 ℃和690 ℃。從圖4中可以看出CO2釋放量最多，釋放溫度范圍最廣。在低溫下，半纖維素的糖醛酸、乙?；臄嗔押椭卣麜餋O2的釋放，木質(zhì)素的苯丙烷基團(tuán)間醚鍵的斷裂[18]會導(dǎo)致CO的釋放。隨著溫度的升高，半纖維素和纖維素基本單元的羧基和羰基的斷裂重整反應(yīng)[13]及熱解中間產(chǎn)物的裂解[19-20]會引起CO及CO2的釋放量的進(jìn)一步增強。在高溫下，熱解殘余物的深度芳構(gòu)化使氧元素以CO2的形式脫除，木質(zhì)素二芳基醚鍵的斷裂促使了CO的釋放[20-21]。

CH4在250 ～ 550 ℃范圍持續(xù)釋放。在310 ℃和470 ℃時，CH4的釋放量相對較高，這是由于甲氧基、甲基和亞甲基的逐步分解[21]。

含C=O鍵或含氧有機化合物的釋放大約集中在250 ～ 350 ℃，這類有機化合物的生成主要是由于半纖維素、纖維素和木質(zhì)素的主要結(jié)構(gòu)單元的解聚、開環(huán)和重組。在半纖維素的裂解過程中，糖醛酸的裂解生成了甲醇和甲酸，乙?；牧呀猱a(chǎn)生了乙酸[19-20]，糖基單元的分解產(chǎn)生了1-羥基-2-丙酮、呋喃酮、糠醛等。在纖維素?zé)峤膺^程中，糖苷鍵的斷裂會產(chǎn)生左旋葡聚糖和其他葡萄糖衍生化合物，如5-羥甲基糠醛、5-甲基糠醛、糠醇；其中部分不穩(wěn)定有機物的進(jìn)一步分解導(dǎo)致甲基乙二醛、羥基乙醛和乙酸等短鏈化合物的生成[20-22]。在木質(zhì)素的熱解過程中，甲氧基的取代反應(yīng)形成了甲醇，羥甲基側(cè)鏈的斷裂形成了甲醛和甲酸，醚鍵的斷裂形成大量酚類產(chǎn)物[12]。

3.4 動力學(xué)分析

3.4.1 多升溫速率法

確定熱解反應(yīng)的動力學(xué)參數(shù)有助于更準(zhǔn)確的理解熱解過程中的微觀反應(yīng)?；谑剑?），利用多升溫速率法，擬合計算香蕉莖桿轉(zhuǎn)化率從0.1升至0.7即熱解主要階段的動力學(xué)參數(shù)。

[ln（βT2α）]和[1Tα]的線性擬合曲線如圖5所示，相關(guān)系數(shù)大于0.99，曲線的擬合度較高。根據(jù)擬合曲線斜率，計算可求得活化能[Eα]，結(jié)果如表2所示。香蕉莖桿熱解的活化能約為169 ～ 321 kJ/mol。隨著轉(zhuǎn)化率的增加，活化能數(shù)值不斷增大，裂解反應(yīng)從弱鍵斷裂轉(zhuǎn)變?yōu)閺婃I斷裂[23]，在熱解過程中反應(yīng)發(fā)生所需要的能量逐漸升高。

為確定最佳機理函數(shù)，選取43個動力學(xué)模型進(jìn)行曲線擬合。其中，Avrami-Erofeyev方程（式（6））擬合曲線斜率為1.004，相關(guān)系數(shù)為0.99，擬合效果最好，熱解機理符合隨機成核和隨后生長模型。在反應(yīng)過程中，粒子由于局部缺陷而引起能量波動，形成活化位點，促進(jìn)成核及生長反應(yīng)[24]。

根據(jù)擬合計算得到的活化能及機理函數(shù)，計算求得香蕉莖桿熱解反應(yīng)的指前因子約為2.64 × 1016 ～ 4.05 × 1029 s-1，均大于109 s-1。在熱解反應(yīng)體系中，分子的碰撞率較高，反應(yīng)活性較大[25]。

3.4.2 分峰擬合法

生物質(zhì)的熱解過程是半纖維素、纖維素和木質(zhì)素3種主要組分綜合作用的結(jié)果。為了進(jìn)一步研究香蕉莖桿的熱解機理，借助高斯函數(shù)模型，將香蕉莖桿的DTG曲線分為4個擬合峰，分別對應(yīng)于半纖維素分解，纖維素分解，木質(zhì)素分解和殘余物深度裂解，分峰擬合曲線如圖6所示。

隨著加熱速率的增加，模擬曲線的峰值溫度逐漸升高，模擬曲線的形狀幾乎相同?；诙嗌郎厮俾史?，以式（5）為計算模型（n = 4），利用擬合曲線數(shù)據(jù)，計算4個擬合峰的動力學(xué)參數(shù)，結(jié)果如表3所示。

半纖維素呈無定形結(jié)構(gòu)，由木糖，甘露糖，葡萄糖，半乳糖等糖類短鏈組成，具有豐富的支鏈，聚合度低，熱穩(wěn)定性低于纖維素和木質(zhì)素，約于210 ～ 345 ℃分解[26]。擬合峰1的峰值溫度約為240 ℃，擬合失重量約占總失重量的26.1%，失重特征與半纖維素?zé)峤庀喾罨転?74 kJ/mol，分解所需能量相對較低，最佳機理函數(shù)為Avrami-Erofeyev方程。

纖維素是由長鏈葡萄糖聚合物組成的高分子化合物，具有部分晶體結(jié)構(gòu)，結(jié)晶度的存在可以增強纖維素的熱穩(wěn)定性，其熱穩(wěn)定性略高于半纖維素，約于260 ～ 390 ℃分解[26]。擬合峰2的峰值溫度約為290 ℃，分解速率較快，擬合失重量約占總失重量的38.5%，對應(yīng)于纖維素擬合峰，活化能為176 kJ/mol，最佳機理函數(shù)是Avrami-Erofeyev方程。

木質(zhì)素是由各種苯丙烷單元組成的無定形三維聚合體，各個單元以不同的化學(xué)鍵連接（如醚鍵，碳碳鍵，酯鍵等），且具有各種含氧官能團(tuán)（如甲氧基，羥基，羧基，羰基等）。豐富的化合鍵和官能團(tuán)的存在導(dǎo)致木質(zhì)素分解過程較為復(fù)雜，并且具有較寬的熱解溫度范圍。一些不穩(wěn)定的分支在200 ℃開始分解，而較強的化學(xué)鍵很難斷裂[27]。擬合峰3的溫度區(qū)間最大，分解速率較低，擬合失重量約占總失重量的27.8%，與木質(zhì)素分解特征相符，活化能相對較高，為280 kJ/mol，最佳機理函數(shù)是J-M-A方程。

擬合峰4對應(yīng)殘余物的深度裂解，灰分中堿金屬元素的存在導(dǎo)致較強的化合鍵在高溫下斷裂[15]。在該過程中，擬合失重量約占總失重量的17.3%，活化能為365 kJ/mol，最佳機理函數(shù)為J-M-A方程。

綜合多升溫速率法和分峰擬合法，對香蕉莖桿的熱解動力學(xué)進(jìn)行分析。隨著熱解反應(yīng)的進(jìn)行，活化能和指前因子逐漸增加。半纖維素首先參與分解，香蕉莖桿的初始活化能相對較低。隨著熱解溫度升高，半纖維素的熱解尚未結(jié)束，纖維素開始參與分解，熱解反應(yīng)需要較大能量。在高溫區(qū)，大量木質(zhì)素參與分解，活化能增加最為明顯。3種主要成分分解的機理函數(shù)形式不同，但其反應(yīng)過程都符合隨機成核隨后生長機理模型，與香蕉莖桿實際熱解過程的反應(yīng)模型一致。

4 結(jié)論

以香蕉莖稈的熱解實驗為基礎(chǔ)，研究了在100 ℃至800 ℃下香蕉莖桿熱解的失重特性、反應(yīng)動力學(xué)和熱解逸出氣體特征。香蕉莖桿熱解的過程可分成預(yù)熱解、快速分解、緩慢炭化和深度裂解4個階段。從室溫到160 ℃為預(yù)熱解階段，此階段主要為樣品中水分的揮發(fā)以及一些不穩(wěn)定支鏈的分解；160 ～ 370 ℃為快速分解階段，此階段產(chǎn)物較為復(fù)雜，失重比例約占總失重的70%。通過逸出氣的傅里葉紅外光譜分析發(fā)現(xiàn)，在此階段逸出氣的主要成分為CO2、CH4、酸、酮、醛、醇、酚、醚等有機化合物。并且在310 ℃處，熱解逸出氣的種類最多，濃度最高。370 ～ 550 ℃為緩慢炭化階段，逸出氣的傅里葉紅外光譜圖表明各個化學(xué)鍵拉伸強度明顯變?nèi)?，各種逸出氣的釋放量明顯降低，而CH4的釋放量在480 ℃左右有微弱的增加。550 ℃后進(jìn)入深度裂解階段，僅存在少量CO2和CO的釋放。

除此之外，使用多升溫速率法和分峰擬合法對香蕉莖桿熱解的進(jìn)行動力學(xué)分析。利用高斯函數(shù)進(jìn)行分峰擬合，將香蕉莖桿熱解過程的DTG曲線擬合為半纖維素分解、纖維素分解、木質(zhì)素分解和殘余物深度裂解4個擬合峰。結(jié)果表明，4個擬合峰計算得到的活化能與實際熱解得到的活化能相近，分別為174 kJ/mol、176 kJ/mol、280 kJ/mol和365 kJ/mol，分解反應(yīng)符合隨機成核后生長的機理模型。

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