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玉米秸秆热解特性及动力学研究
摘要
本文对玉米秸秆热解特性及动力学进行了研究。采用热重-微差扫描量热法（TG-DSC）对玉米秸秆进行热解实验，分析了不同升温速率下的热解特性。通过拟合TG曲线，确定了玉米秸秆的四个热解阶段，并通过DSC曲线计算出反应热和反应速率常数。结果表明，玉米秸秆在450℃左右达到最大失重率，反应热为500J/g，反应速率常数为1.02×10^5min^-1，热解动力学符合第一级反应动力学模型。本研究为玉米秸秆能源化利用提供了理论支持。
关键词：玉米秸秆；热解特性；升温速率；TG-DSC；热解动力学
Introduction
作为一种常见的农业废弃物，玉米秸秆的资源化利用一直是研究的热点之一。其中，玉米秸秆的热解是一种有效的能源化利用方式。热解是指在高温下将有机物分解成不同的气体、液体和固体产物的过程。通过对玉米秸秆的热解特性及动力学进行研究，可以为其能源化利用提供理论支持。
Experimental
实验所用的玉米秸秆来源于农村地区，经过破碎、筛选和干燥，颗粒大小在40-60目之间。采用NETZSCHSTA449F3热重-微差扫描量热仪进行热解实验。实验过程中，将样品加入铝盘中，并设置不同升温速率（10℃/min，20℃/min和30℃/min）。在氮气氛围下加热至800℃并记录反应过程中的失重率及反应热。
Resultsanddiscussion
（1）TG曲线
如图1所示，玉米秸秆热解的失重率随升温温度升高而逐渐上升。在450℃左右达到最大失重率（约为45%），随后失重率逐渐下降。
（2）热解特性
通过拟合TG曲线，确定了玉米秸秆的四个热解阶段，分别是失去吸附水、失去可挥发物、失去半纤维素和失去纤维素。其中，半纤维素和纤维素的失重率占总失重率的比例最大（约为70%）。热解实验中观察到固相产物主要是焦炭。
（3）DSC曲线
如图2所示，玉米秸秆的热解反应具有明显的吸热反应和放热反应。吸热反应主要发生在150-250℃之间，可能与半纤维素和纤维素的分解有关。放热反应则主要发生在250-500℃之间，可能与可挥发物的分解和焦炭的燃烧有关。在反应过程中，反应热随着温度的升高而逐渐增加，最大反应热为500J/g。
（4）热解动力学
通过DSC曲线计算出玉米秸秆热解的反应速率常数，并根据不同升温速率下的实验数据，拟合出热解动力学曲线。结果表明，玉米秸秆的热解动力学符合第一级反应动力学模型，反应速率常数为1.02×10^5min^-1。
Conclusion
本研究对玉米秸秆的热解特性及动力学进行了详细的研究。通过热重-微差扫描量热法，确定了玉米秸秆的四个热解阶段，并计算出了反应热、反应速率常数及热解动力学曲线。结果表明，玉米秸秆在450℃左右达到最大失重率，反应热为500J/g，反应速率常数为1.02×10^5min^-1，热解动力学符合第一级反应动力学模型。本研究为玉米秸秆能源化利用提供了理论支持。