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生物质热解过程会产生NH3、HCN和HNCO等NOx前体,最终生成NOx,严重污染环境。有效控制生物质热解过程中NOx前体生成是实现其高效清洁利用的关键,也是实现碳中和的有效途径。采用热重与傅立叶红外光谱联用技术(TG-IR)、原位漫反射红外光谱仪(In-situ DRIFTS)以及量子化学模拟的方法,研究了碱金属(K)和碱土金属(Ca)对生物质热解过程中含氮物质的模型化合物(苯丙氨酸、谷氨酸、脯氨酸)转化过程及其热解产物分布的影响。(1)氨基酸三种模型化合物的热解反应路径的建立通过对气体产物分布以及固相中含氮官能团演化过程的分析,并结合前人相关研究成果,建立了氨基酸三种模型化合物的热解反应路径。苯丙氨酸依托其苯环结构继续芳构化,发展成为多环芳香族含氮化合物,断裂后的侧链不仅会直接分解,还会在缩合成环后继续分解为小分子气体。谷氨酸的反应过程以直接分解为主,另外,也易于发生缩合反应,进而成环以及芳构化。脯氨酸则以不同方式的的开环反应为基础,逐步分解为各种气体产物。(2)碱(土)金属对含氮模型化合物的转化过程及其热解产物分布的影响分别采用TG-IR、In-situ DRIFTS方法对气体产物分布和固相中官能团的演化过程进行分析,探究碱(土)金属对含氮模型化合物的转化过程及其热解产物分布的影响,研究结果表明,KCl使得苯丙氨酸和脯氨酸热解过程中NOx前体释放总量分别增加22%和6.5%,但使得谷氨酸热解过程中NOx前体的释放量降低29%;CaO表现出与KCl相同的作用,且效果更为显著。苯丙氨酸热解过程中,KCl则降低了其成环过程的反应速率;CaO催化了NH3+基团的转化,且降低了芳香族含氮化合物形成过程的反应速率。谷氨酸热解过程中,KCl改变了 NH2基团的转化过程,但对其他基团的影响较小;CaO降低了NH3+基团的初始形成温度,同时也降低了该过程的反应速率。脯氨酸热解过程中,KCl催化了芳香族化合物的形成过程,而CaO则极大地催化了 NH2基团的转化过程,同时降低了芳香族含氮化合物形成的反应速率。(3)碱(土)金属对生物质热解过程中含氮模型化合物转化影响的反应机理通过量子化学模拟的方法探究碱(土)金属对氨基酸三种模型化合物热解过程的影响机理,获得了不同过程的动力学和热力学参数。研究结果表明,KCl降低了苯丙氨酸热解过程中成环过程,HCN生成过程以及HCNO生成过程的竞争性,且降低了其反应速率;CaO则对芳香族化合物形成过程,HCNO形成过程以及成环过程有极强的抑制作用。谷氨酸热解过程中,KCl增强了芳香族化合物的形成过程,HCN形成过程以及成环过程的竞争性,但同时也使得这些过程的反应速率控制步骤能垒升高;CaO也表现出类似的作用,且效果更为明显。脯氨酸热解过程中,KCl增强了芳香族化合物形成过程以及成环过程的竞争性,但同时也降低了这些过程的反应速率;CaO降低了芳香族化合物形成的竞争性,但却使得其反应速率控制步骤的能垒降低。