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摘要
水热碳化（HTC）是一种将木质纤维素生物质转化为增值产品的新型热化学转化工艺。通过使用两种不同的生物质原料：玉米杆和红柳对水热碳化工艺进行研究，经处理使得玉米杆和红柳的热值分别增加到了29.2和28.4MJ/Kg，相当于和原料比起来增加了66.8%和58.3%。产生的褐煤状固体产物主要包含具有高度芳构化和大量含氧基团的木质素。用气相色谱-质谱法分析经乙酸乙酯萃取的液态产物，可以确定的降解产物为酚类化合物和呋喃衍生物，它们可能是炼制生物柴油和化工生产的理想原料。基于这些结果，水热碳化被认为是木质纤维素生物质精炼厂的一种潜在处理方法。
- 引言
水热碳化（HTC）是一种是一种将木质纤维素生物质转化为增值产品的新型热化学转化工艺。近年来，水热碳化法引起了人们的广泛关注，因为它使用的水是绿色生物质中固有存在的、无毒、环保且价格低廉的介质。典型的生物质水热碳化是在高温（180-250℃）和饱和压力（2-10Mpa）下的水中持续数小时的反应。一些发表物报道了水热碳化过程中模型化合物在压力下的化学转化过程，特别是纤维素、戊糖/己糖（葡萄糖和木糖）、淀粉和酚类化合物。然而，大多数研究的重点放在模型化合物和建立这些化合物在水热介质中的反应动力学和反应途径上。到目前为止，有关水热法处理真正复杂的生物质的文献提供的都是相当不合理逻辑的图片，仅有少数论文有关于反应产物的化学组成的详细描述。因此，这项工作的当务之急是通过水热碳化洞悉其潜在的机理。本篇研究聚焦于天然复杂生物质的反应及其含碳固体（水热炭）和降解产物的化学、结构特性，使用了两种具有代表性的生物质样本：农业废料玉米秸秆（CS）和森林废料红柳（TR）。玉米秸秆是一种草本作物，是生产生物燃料的重要纤维素生物质；而红柳是一种多年生灌木木材，是生物能和生物制品工业中一种很有前景的原料。水热碳化反应在一台I-L压力搅拌反应器中进行，测定其化学性质和炭的产量。通过化学分析、元素分析、扫描电子显微镜和X射线光电子能谱对CS和TR的水热炭产物进行相对特征分析，此外，用乙酸乙酯萃取水热液中的降解产物，并通过气相色谱-质谱进行定量分析。
- 方法
2.1 原料
CS和TR原料分别在广州（中国南部）和内蒙古（中国北部）由人工收集。首先将干燥的原材料磨碎通过一个40目筛，由乙醇/苯（体积比为1:2）进行索氏萃取8小时。萃取分离后的样品在60℃的烘箱中干燥16小时后储存在干燥器中备用。使用的所有化学品都是在Sigma–Aldrich（北京）公司购买的分析纯。
2.2 实验步骤
为了进行水热反应，我们先用10g原料
