长期以来, 学者们致力于将玉米秸秆这类低品位的生物质资源向高附加值的化学品转化, 提高其利用价值。 对玉米秸秆进行常压酸催化多元醇液化试验, 并对其所得液化残渣的主要组成成分、 热解及纤维特性进行研究。 采用傅里叶红外光谱技术(FTIR)、 热裂解气相色谱-质谱联用技术(Py-GC/MS)、 热重分析技术(TGA)、 X射线衍射技术(XRD)及扫描电子显微镜技术(SEM)对玉米秸秆及其液化残渣的化学基团、 热裂解产物、 热失重情况、 晶体结构和微观形貌进行了检测分析。 FTIR分析表明, 液化残渣中三组分(纤维素、 半纤维素和木质素)官能团的特征吸收峰几乎消失, 其主要含有未液化完全的纤维素和三组分降解产生的小分子间通过聚合反应生成的大分子物质。 Py-GC/MS表明, 液化残渣热裂解产物中包含呋喃类(10.64%)、 酚类(18.89%)、 酮类(3.73%)、 烃类(35.23%)、 醇类(4.17%)、 醛类(4.31%)、 醚类(1.25%)和有机酸类(4.79%)及含S或N杂原子化合物(17.00%)等89种可识别的有机物, 这些有机物的含碳数高于玉米秸秆同类族化合物中的含碳数。 通过TGA明确液化残渣热失重的情况, 即加热阶段, 其质量损失约为3%; 快速失重阶段, 质量损失非常明显, 约为45%; 缓慢失重阶段, 质量损失不足4%; 其发生热解的条件比玉米秸秆的更为苛刻。 XRD结果可知, 液化残渣的主峰和次峰消失, 破坏了纤维素Ⅰ晶格结构, 形成球磨纤维素。 SEM图像表明, 玉米秸秆经酸催化多元醇液化后生成杂乱无序、 粗糙、 不规则、 呈颗粒状的液化残渣。 综上, 此条件下玉米秸秆几乎完全液化。 这为液化残渣制备木质基炭材料给予理论基础与应用支持, 促进了生物质资源全组分利用。

采用微波加热和常规电加热两种条件进行液化残渣(DCLR)的热解实验, 考察了热解产物固体焦、 焦油及煤气的组成及结构的变化规律, 采用红外分析(FTIR)与气相色谱-质谱(GC-MS)联用技术对热解产品进行了分析表征。 研究表明, 在微波场中, DCLR的升温速率很快, 20 min左右物料温度就可达到900 ℃, 最大升温速率可达到329 ℃·min-1, 而常规加热的升温速率基本保持恒定。 与常规热解相比, 微波热解后固体焦的产率降低2.85%, 而焦油和煤气产率分别增加了0.66%和2.19%。 DCLR热解后固体焦的索氏萃取组分重油(HS)、 沥青烯(A)及前沥青烯(PA)含量均大幅降低, 而四氢呋喃不溶物(THFIS)则有所增加, 但是两种热解条件下得到的固体焦的四种索氏组成差异不是很大, 说明DCLR的热解过程是以HS, A与PA的转化为主的。 微波热解后固体焦红外谱上3 437.6, 1 632.0 cm-1以及1 079.99 cm-1处吸收峰的强度与常规热解相比明显降低, 说明微波场中DCLR的热解更为彻底。 热解后焦油和煤气产率均有所增加, 煤气中H2含量均达到60%以上。 GC-MS分析表明, 经由石油醚萃取后的热解焦油中脂肪类、 芳香类与醇类物质组成以及C1~5, C11~20与C20以上组分的含量均没有发生明显变化, 而微波热解焦油中沥青质的含量则下降了7.7%, 说明微波作用可有效促进DCLR中沥青质的热分解, 有利于热解焦油的轻质化。

采用热重-红外联用(TG-FTIR)技术研究了煤直接液化残渣(DCLR)的热解特性, 重点对其热解过程气体的析出规律进行了分析讨论。 研究表明, 液化残渣热失重分为三个阶段, 在405.10 ℃以前为残渣热解第一阶段; 405.10～523.83 ℃主要为高沸点油和沥青质等的大量热分解阶段, 当温度达到478.45 ℃时, 失重速率达到最大值, 此时失重量约占总失重的40.27%; 523.83 ℃以后残渣的失重曲线较为平缓, 失重量约占总失重的50.55%, 主要由产物的二次分解和矿物质的热分解所造成。 热解过程气体产物的析出也分为三个阶段, 第一阶段主要释放的是H2O和CO2, 第二阶段中析出的主要为CO2, CH4, CO、 H2O和少量SO2, 同时在458.4～791.9 ℃范围内伴随着焦油的大量析出, 第三阶段主要是CO2, CO和H2O的析出。 CO2的释放主要归功于含氧杂环或OCO等含氧基团的断裂, 而CO的释放主要由醚键以及含氧杂环热分解造成, 脂肪烃的热分解是CH4释放的主要原因。