生物质烘焙是一种极具发展和应用前景的生物质预处理技术,它是在温度为200-300℃、缺氧(或无氧)气氛且加热速率小于50℃/min的条件下对生物质进行热化学处理的方法。生物炭经过烘焙处理不仅保留了生物质原有的低硫、低氮、高灰焦活性和CO2净排放等特点,还有热值高、疏水性强、可磨性好、不易腐烂和应用范围广等优点。本文以四种木质纤维素类生物质为对象,利用固定床热解实验装置研究了生物质的烘焙特性,并借助热重分析仪研究了生物炭热解动力学,得到如下结论:以草本类(玉米秸秆(CS)和小麦秸秆(WS))和林木类(杨木(PW)和杉木(CW))4种生物质为对象,在烘焙温度为200-300℃和保温时间为10-60 min的条件下制得80种生物质。结合工业分析、元素分析、热值测定、化学组分分析、吸水性测定和可磨性测定等表征分析结果,研究了生物质种类、烘焙温度和保温时间对生物质烘焙特性的影响。结果表明:(1)随着烘焙温度和保温时间的增加,生物炭的固定碳含量、灰分含量、C元素含量和高位发热量逐渐增大,挥发分含量和O元素含量不断降低;对同一种生物质而言,烘焙温度的影响显著强于保温时间,且在相同烘焙条件下,草本类生物炭的工业分析和元素分析成分含量以及高位发热量的变化程度大于林木类生物炭。(2)生物炭的质量得率ηm和能量得率ηe随烘焙温度和保温时间的增加而不断下降,当烘焙条件为300℃和60min时,4种生物炭的ηm分别降低至46.76%、37.20%、58.60%和56.60%,ηe分别降低至61.98%、50.37%、73.13%和72.65%;在相同的烘焙条件下,同种生物炭的ηe明显高于ηm,草本类生物炭ηm和ηe的降低幅度明显大于林木类生物炭。(3)生物炭的烘焙程度指数κT和能量增强系数λHHV随烘焙温度和保温时间的增加而不断增大;生物炭的λHHV与κT存在正相关关系,而生物炭的ηe与κT存在负相关关系。(4)随着烘焙温度的升高,生物炭的半纤维素含量显著降低,纤维素含量变化趋势为先缓慢升高再迅速下降;随着保温时间的增加,生物炭的半纤维素含量不断下降,纤维素含量变化规律存在差异;在相同的烘焙条件下,草本类生物炭三大组分的分解程度系数λC明显大于林木类生物炭。(5)随着烘焙温度和保温时间的增加,林木类生物炭的平衡含水率ηEMC均不断减小,而小麦秸秆炭的ηEMC则呈现先减小再增大的趋势;在相同烘焙条件下,小麦秸秆炭的ηEMC最高,杨木炭的ηEMC最低。(6)生物炭的可磨性随烘焙温度的升高不断变好,在相同烘焙温度下,玉米秸秆炭和和杉木炭的可磨性随着保温时间的增加不断变好,而小麦秸秆炭和杨木炭的可磨性几乎没有变化。以 4 种生物炭(CS275-40、WS275-40、PW275-40 和 CW275-40)为对象,利用热重分析仪,在氮气气氛下研究了生物炭的热解过程,并基于建立的三组分热解动力学模型和高斯多峰拟合方法,分析了生物炭中的三大组分贡献因子及其动力学参数。结果表明:(1)林木类生物炭(PW275-40和CW275-40)的最大失重速率及其对应的峰值温度均显著高于草本类生物炭(CS275-40和WS275-40)。(2)生物炭中的纤维素贡献因子显著高于半纤维素,4种生物炭(CS275-40、WS275-40、PW275-40和CW275-40)的纤维素贡献因子分别为0.25、0.37、0.55和0.47,半纤维素贡献因子分别为0、0.02、0.01和0.05。(3)基于动力学分析计算得到的三组分贡献因子的结果与纤维素分析仪的测定结果相比,差值最大仅为0.03。(4)草本类生物炭木质素的活化能和指数前因子均低于林木类生物炭。