高温热解过程中农业秸秆功能基团的演化机制：同步辐射原位红外光谱研究

本文推荐：作者采用同步辐射原位漫反射红外傅里叶变换光谱（DRIFTS）技术，实时监测小麦和水稻秸秆在200–400?°C热解过程中功能基团的动态演变。研究发现芳香环在300?°C以下存在三/四/五取代构型共存，而含氧基团呈现分化趋势：醚键C—O减少15.4–28.9%，木质素相关C—O键增加47.1–68.5%。该研究为生物质热解优化提供了关键参数，填补了农业秸秆原位定量分析的空白。

　　

亮点

通过同步辐射原位DRIFTS技术，首次捕捉到农业秸秆热解过程中功能基团的实时动态变化，揭示温度对芳香结构和含氧基团的差异化调控机制。

生物质样品

实验选用陕西产小偃22号小麦秸秆和安康市秦优411水稻秸秆，经风干粉碎后过74?μm（200目）筛网，确保样品均一性。

生物质化学组成

如表1所示，小麦秸秆纤维素含量较高（24–28?wt%），而水稻秸秆灰分多8.0?wt%。两者挥发分相近，但小麦秸秆碳含量高出5?wt%，这为后续热解行为差异奠定物质基础。

结论

研究发现：300?°C以上三取代苯成为主导芳香结构；醚键C—O像"热敏开关"般减少15.4–28.9%，而木质素C—O键却像"凤凰涅槃"暴增47.1–68.5%；特别是酚羟基C—O键在350?°C以上完全瓦解，而烷基CH₂在350?°C前稳如磐石。羟基基团更上演"先狂欢后谢幕"的戏剧性变化：250?°C前强度增加23.4–35.6%，400?°C后却遭遇>95%的"大逃杀"。这些发现如同破解生物质热解的"分子密码"，为定向调控提供了精准路标。