Mg(OH)2 强化低温烘焙榆木的生物质预处理：协同提升脱氧效率与CO2 减排

本研究针对生物质低温烘焙（Torrefaction）中脱氧效率低、CO2 排放高的问题，通过添加Mg(OH)2 开展强化实验。结果表明，Mg(OH)2 显著提升220-280°C低温段的脱氧效果（O/C比降低17.31-31.08%），并吸收50%的CO2 排放，为生物质能源高效低碳转化提供新策略。

　　

在全球能源转型与碳中和背景下，生物质作为唯一可再生碳源备受关注。然而，其高氧含量导致热解产物不稳定、热值低等问题，而传统烘焙预处理面临两难困境：低温（200-300°C）脱氧效果差，高温又伴随30%碳以CO₂
形式流失，加剧温室效应。以榆木为例，每吨烘焙小麦秸秆颗粒的碳排放达503.73 kg CO₂
当量，显著高于原料生产阶段（353.99 kg）。如何实现低温高效脱氧并减少碳损失，成为生物质能源化的关键瓶颈。

河南某高校团队在《Renewable Energy》发表研究，创新性引入Mg(OH)₂
作为添加剂，通过垂直炉和热重-质谱联用（TG-MS）实验，系统探究其对榆木烘焙的强化机制。研究发现，Mg(OH)₂
在220-280°C区间兼具催化脱氧与CO₂
捕获双重功能：一方面促进氧元素以H₂
O形式脱除而非CO₂
，使T_0.5
220样品的O/C比降低19.23%；另一方面通过化学吸附将CO₂
固定为碳酸盐，T₂
220组排放量仅为常规烘焙的1/2。这种"一石二鸟"效应突破了低温烘焙的技术壁垒。

关键技术方法
研究采用两种平行实验体系：1）垂直炉模拟工业烘焙条件，设置220/250/280°C三温度梯度，添加0.5-2倍质量比的Mg(OH)₂
；2）TG-MS实时监测质量变化与气体产物，结合元素分析仪测定C/H/O含量。样本采用河南焦作榆木分支，粉碎至60目以下，通过 proximate analysis（工业分析）测定水分、灰分等基础参数。

研究结果

1. 物理化学性质
   Mg(OH)₂
   显著改变烘焙路径，使挥发分分解温度前移50°C。T_0.5
   280组固定碳含量达62.37%，比常规烘焙高8.2%，证实添加剂促进碳保留。

2. 元素分析
   脱氧效果呈现剂量非依赖性：T_0.5
   220与T₂
   220的O/C比降幅相近（19.23% vs 17.31%），表明微量Mg(OH)₂
   即可触发最大催化活性。

3. 气体产物
   TG-MS检测到Mg(OH)₂
   组CO₂
   特征峰强度降低50%，同时H₂
   O释放峰增强，证实反应路径向脱水方向倾斜。

结论与意义
该研究首次阐明Mg(OH)₂
在生物质烘焙中的双功能机制：既通过催化断裂C-O键提升脱氧效率，又利用其200-315°C的CO₂
捕获窗口（Fisher效应）实现原位碳固定。Jiapeng Gong团队提出的"低温催化-同步固碳"策略，使生物质能源化过程的碳足迹降低50%，为开发绿色预处理工艺提供理论依据。这种无需额外能耗的强化方法，对推动生物质替代化石燃料具有重要工程应用价值。