生物炭作为一种生物质热解的副产物,被广泛用于催化生物质热解以提高生物油的品质。但由于生物炭的多种特性使得其对生物质热解的催化过程变得复杂,现在的研究还未具体揭示生物炭各特性对催化热解的作用。本研究对生物炭的比表面积、活性官能团和其中碱及碱土金属在催化热解中的作用进行了深入研究,较为全面的揭示了生物炭在生物质催化热解中的催化机理。研究内容如下:竹屑在不同的氨气氛围下(0vol.%、5vol.%、10vol.%和30vol.%)热解所得生物炭具有丰富的含氮和含氧官能团。利用此掺氮生物炭原位催化热解生物质,研究生物炭中含氮和含氧官能团对生物质热解的影响。研究表明,掺氮生物炭中的含氮和含氧官能团使得其具有较高的催化活性,可以促进生物油中酚类物质(-82%)尤其是4-乙基苯酚(31%)和4-乙烯苯酚(16%)的产生,也可以促进芳烃类物质的生成,同时抑制酸类和含氧类物质的产生。掺氮生物炭中的含氮官能团起到吸附、催化和反应的作用。热解中间体在催化过程中被碱性含氮官能团吸附,使其更易被催化或与含氮和含氧官能团反应,从而向芳烃和酚类物质转化。使用不同钾盐(CH₃COOH、KOH、KHCO₃和K₂CO₃)活化生物炭,获得了不同比表面积和富含含氧官能团的生物炭。利用此活化生物炭非原位催化热解生物质,研究比表面积和含氧官能团对生物质催化热解的影响。研究表明,活化生物炭中的O-C=O/-OH、O-C=O/C-O和-COOH具有较高催化活性,在催化结束后含量显著降低。活化生物炭的比表面积可以促进热解中间体的分解,使得生物质油的产率随比表面积的增大而减少。生物炭比表面积对酚类的富集有促进作用,且酚类物质含量与生物炭比表面积成正比,最高可达67%(S_BET=1286.44m²/g)。在KOH活化的生物炭中掺混碱及碱土金属(KCl、Na Cl、Ca Cl₂和Mg Cl₂),使用此生物炭非原位催化热解生物质,研究碱及碱土金属(AAEM)在生物质催化热解中的作用。研究表明,AAEM的加入提高了生物炭中碳的反应活性,促进生物质热解中间体分解成小分子气体,且由强到弱依次为:K>Ca>Mg>Na。AAEM进一步会促进热解中间体脱氧,导致生物质气中的含氧量增加,且促进酚类物质脱羟基生成芳烃类物质。