2汽提水解预处理效果分析

2.1 解聚液成分分析

经过本文设计的汽提水解反应器处理后的水解液中，其主要产物为羧酸类化合物和糠醛，其中羧酸类化合物以乙酰丙酸为主。对水解液中的乙酰丙酸和糠醛进行液相色谱分析，进而对汽提水解转化效率进行探究。图 3 为预处理后汽提水解液的气相色谱分析图谱。从图 3 可看出，浓缩处理后水解液中乙酰丙酸和糠醛含量分别为 69.86%和 10.83%。根醛，得到乙酰丙酸和糠醛的生成率分别为 13.20%和 11.20%。

对干基原料玉米秸秆和水解残渣通过纤维素分析仪进行成分分析。由表 1 可看出，水解残渣中纤维素和半纤维素含量分别为 4.37%和 1.31%，经计算其水解效率分别达到89.00%和 95.20%，说明秸秆经过汽提水解处理后纤维素和半纤维素绝大部分发生解聚，其中半纤维素的去除率明显高于纤维素，这也证明了玉米秸秆中纤维素比半纤维素结构更加稳定，相对难以降解。

2.2 扫描电镜观察

对不同处理样品进行扫描电镜分析，图 4 为处理样品的电子扫描电镜图像。由图 4a 可看出，组织结构表面明显表现出机械剪应力作用，组织结构表面光滑规整，剖面细胞壁结构明晰。从图 4b 可看出，玉米秸秆经气体水解处理后原有的纤维结构被严重破坏，植物纵向纹孔细胞附近出现了一定的粒状物，横切面更是失去了细胞形态。这是由于在水热条件下玉米秸秆中纤维素、半纤维素和木质素表现出不同的降解程度，木质素和部分碳水化合物在酸性条件下发生缩合并附着在样品表面上所致。结合图 4b、图 4c 可看出，处理后玉米秸秆剩余木质素的原料孔径结构与碳粉相近，说明处理后期玉米秸秆出现部分碳化的现象[19]。

2.3 红外光谱特征基团的比较分析

对玉米秸秆、秸秆处理残渣、秸秆碳分别进行红外光谱分析，图 5 为各测试样品的红外光谱图谱。图 5 中 1736 cm-1处的吸收峰为半纤维素的特征吸收峰，1600 和 1510 cm-1处的吸收峰为木质素的特征吸收峰，897 cm-1处的吸收峰为纤维素的特征吸收峰[20]。从图 5 可看出，半纤维素由于自身的聚合度较低，在高温高压下易发生解聚反应，玉米秸秆经气提水解处理后半纤维素的特征吸收峰的峰值明显降低。1600 和 1510 cm-1处木质素特征吸收峰峰值变化不大，说明木质素结构破坏程度不明显，并表现出与秸秆碳粉基团结构的相似性。在 897 cm-1 处的纤维素特征吸收峰峰值明显降低，几乎不见，说明β-D-葡萄糖苷键大部分发生了水解。这 3种成分特征吸收峰峰值的变化也反映出气提水解过程玉米秸秆的解聚程度，可为工艺优化及进一步处理提供基础。

3结果与讨论

本文提供了一种生物质制备液体燃料的工艺与蒸汽水解碳化装置，采用不同处理工艺，可实现纤维类生物质的快速水解，通过蒸汽、压力与水解试剂的协同作用，能够显著提高原料的降解率和转化率，使木质素呈现出半碳化特性，且不排放多余杂质。实现了将秸秆纤维原料的酸解预处理、高温蒸汽水解与高压液化反应的有机结合，形成一种低消耗量、高处理效率、低能耗的纤维原料定向转化利用系统。通过本技术装备的应用推广，有望为中国储量巨大的草本类生物质提供一条有效的利用途径。

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