摘要
随着社会的发展，人类对能源的需求越来越大，寻找替代化石能源的可再生资源成为当务之急。生物质由于其丰富性、碳中和性、可再生性等特点成为当今研究的热点，是化石燃料良好的替代品。热解是一种有前途的技术，可以将生物质转化为热解油、焦炭和气体三种有价值的产品。但生物油高酸度、高粘度、高氧和水含量、热值低限制了其进一步的工业应用。聚丙烯含烃丰富，将含氢丰富的聚丙烯与含氧丰富的生物质一起进料共热解是提高生物油产量和品质的潜在策略。本文利用管式炉对不同生物质、生物质/聚丙烯进行热解，探索其热解特性，为聚丙烯与生物质资源的综合利用提供理论基础和数据支持。 本文首先对三种不同树皮（生火炬松树皮、火炬松树皮和花旗松树皮）进行单独快速热解，利用质量和能量产量分析、元素分析、分子量分析、31P和13C核磁共振分析等多种分析方法对热解产物进行综合评估。研究发现不同松树皮制得的热解油中包含的元素绝大多数是碳和氧，其中碳元素占比~60wt%，氧元素占比~30wt%；热解油的高位热值为24.54MJ/kg~26.70MJ/kg；热解油的重均分子量为389~489，数均分子量为250~294；热解油中含丰富的脂肪族羟基、邻苯二酚、愈创木酚和对羟基苯基羟基基团，而C5取代愈创木酚羟基和酸羟基含量较少。 接着为了提高生物油的品质，使用不同生物质与聚丙烯共热解，探究生物质与聚丙烯共热解的产物产率协同作用，然后以玉米秸秆和聚丙烯共热解为例，研究原料混合比例、反应温度、催化剂添加量和反应气氛对共热解产物产率和热解油理化性质的影响。研究结果表明生物质与聚丙烯共热解时，热解油的实验产率高于理论产率，焦炭和气体的实验产率低于理论产率。在玉米秸秆:聚丙烯=1∶3时，热解油的产率高达52.1wt%，比理论值高4.5wt%。随着热解温度的升高，热解油的产率先增加后减少并在550℃达到最佳产率。催化剂（HZSM-5）的添加降低了含氧化合物的比例，促进了芳烃的生成。二氧化碳（CO2）的反应氛围对热解油的成分具有一定的氧化作用，促进了含氧芳香族的增加和脱氧芳烃的减少。 最后使用生物质模型化合物取代单一原料来进一步研究生物质与聚丙烯共热解的协同作用机理。热重分析和产物产率协同作用分析表明生物质与聚丙烯共热解时确实存在某些相互作用。1H和13C核磁共振分析发现生物质与聚丙烯共热解时发生的协同反应有：①聚丙烯产生的烯烃与纤维素和半纤维素产生的呋喃发生脱水反应和狄尔斯-阿尔德反应生成芳香族化合物；②纤维素和半纤维素产生的羟基自由基与生成的苯基自由基结合生成酚类物质；③聚丙烯产生的氢自由基与木质素产生的苯氧基结合生成酚类物质；④聚丙烯产生烷基和烯烃基与苯环结合，取代苯环上的氢原子。
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