蔗渣碱法造纸黑液回收木质素的结构及其燃烧特性

黎演明，李秉正，杜芳黎，冼学权，黄华林，唐培朵

（广西科学院非粮生物质酶解国家重点实验室，国家非粮生物质能源工程技术研究中心，广西生物炼制重点实验室，广西 南宁 530007）

蔗渣碱法造纸黑液回收木质素的结构及其燃烧特性

黎演明，李秉正，杜芳黎，冼学权，黄华林，唐培朵

（广西科学院非粮生物质酶解国家重点实验室，国家非粮生物质能源工程技术研究中心，广西生物炼制重点实验室，广西 南宁 530007）

以酸析法从蔗渣碱法造纸黑液中回收蔗渣木质素(BL)，通过红外光谱(FTIR)，核磁共振氢谱(1H NMR)和凝胶渗透色谱(GPC)对其进行了表征。结果表明，BL主要由愈创木基丙烷单元(G)和紫丁香基丙烷单元(S)通过C—O、C—C键合方式连接而成，其分子量分布较宽，分子之间存在较大差异。通过热重分析法(TG)研究了BL的燃烧特性，结果表明BL的燃烧主要发生在300～500℃的阶段，在此过程中BL分子中的C—C键发生断裂形成挥发分和焦炭，并迅速燃烧，失重率超过80%。通过扫描电子显微镜(SEM)和X射线荧光光谱(XRF)研究了BL在300、600、900和1100℃燃烧灰渣(BLR)的微观形貌和元素组成，结果表明BL呈结实、饱满的颗粒状，而BLR则表现为多孔的疏松堆积体或规则的片状结晶颗粒。随着燃烧温度的升高，BLR中的Na和K质量分数逐渐减少，而其他元素质量分数变化不大。

生物质；造纸黑液；木质素；燃烧特性；显微结构

引 言

我国南方地区具有丰富的甘蔗资源，种植面积约1.47×104km2，占全国的90%以上[1]。蔗渣是甘蔗制糖的副产品，其主要化学成分为约50%纤维素，25%木质素，25%半纤维素和少量的抽提物[2-3]。将蔗髓除去后，蔗渣可作为一种优异的非木材类制浆原料[4]。蔗渣碱法制浆过程中，木质素、半纤维素以及残糖可溶解于碱形成黑液，同时黑液中还有部分有机酸盐、硫化钠和硫代硫酸钠等有毒物质，直接排放到水体中会造成严重的污染[5]。

图1 木质素的基本结构单元和结构单元间典型的连接方式Fig.1 Primary units and typical linkages between primary units of lignin

木质素是自然界中唯一能提供大宗芳香基的可再生资源，在能源、医药和化工领域具有广阔的应用前景。木质素主要由愈创木基丙烷(G)、紫丁香基丙烷(S)和对羟苯基丙烷(H) 3种基本结构单元通过C—O、C—C键连接而成，其基本结构单元和常见的连接方式如图1所示[6-7]。蔗渣碱法造纸黑液中木质素的含量为15～25 g·L−1，主要以碱化木质素和硫化木质素形式存在[8]。酸析沉淀法是造纸黑液回收木质素最常见的方法，可得纯度达80%以上的木质素[9]。

近年来，随着能源短缺和二氧化碳排放问题的加剧，生物质作为可再生和洁净能源得到越来越广泛的关注[10-11]。甘蔗渣作为我国南方典型的大宗生物质资源，迄今为止，已有很多学者对其燃烧特性、燃烧动力学以及燃烧过程中的积灰结渣情况、残灰的烧结熔融特性和灰分中碱金属的迁移规律进行了详尽的研究[12-13]。然而，对于甘蔗类生物质的燃烧特性的研究主要以甘蔗渣和甘蔗叶为主，而鲜有以甘蔗渣制浆后的主要剩余物——蔗渣木质素(BL)为研究对象的；此外，关于甘蔗类生物质燃烧后灰渣的微观形态特征及其颗粒表面、内部结构、元素组成等方面的研究也鲜有报道。以此为切入点，本文通过酸析法从蔗渣碱法造纸黑液中回收 BL，采用热重分析仪对BL进行燃烧实验，考察了升温速率对其燃烧行为的影响，利用扫描电子显微镜(SEM)和X射线荧光光谱仪(XRF)对不同温度燃烧后灰渣的微观形态特征、元素组成及质量分数进行研究，这对BL的资源化利用具有重要意义，也可以为蔗渣碱法造纸工业锅炉的除灰降尘和污染控制提供有价值的参考。

1 材料与方法

1.1 材料

蔗渣碱法造纸黑液，由广西永凯糖纸有限责任公司提供；硫酸：质量分数98%，廉江市爱廉化试剂有限公司；N,N-二甲基甲酰胺(DMF)：色谱纯，美国Tedia试剂厂；氘代二甲基亚砜(DMSO-d6)，Cambridge Isotope Laboratories，Inc。

1.2 蔗渣碱法造纸黑液回收木质素

取约10 L的蔗渣碱法造纸黑液，经0.1 μm的陶瓷膜分离设备(合肥世杰膜工程有限责任公司)过滤掉泥沙等不溶性杂质，在搅拌条件下加入72%的硫酸溶液至溶液体系pH为2～3，并煮沸10 min，使木质素以絮状悬浮颗粒析出，通过离心机（Beckman Coulter，Avanti J-26S）以 6000 r·min−1速度分离收集沉淀，沉淀物用大量水反复冲洗、离心以去除残留的硫酸，沉淀物经60℃真空干燥24 h后即得到黄褐色的BL产品，具体流程见图2。BL的CHNS/O含量通过Vario EL cube元素分析仪测定，工业分析根据GB/T 30732—2014测定，结果见表1。

图2 蔗渣碱法造纸提取木质素的工艺流程Fig.2 Extraction process of lignin from bagasse soda pulping black liquor

表1 蔗渣木质素的元素分析和工业分析Table 1 Ultimate analyses and proximate analyses of bagasse lignin

1.3 BL的结构表征

BL的化学结构通过FTIR和1H NMR表征，其中FTIR通过美国Thermo公司的 Nicolet IS10 红外光谱仪，以漫反射测试，分辨率为1.929 cm−1。1H NMR测试是将2～3 mg BL溶于10 ml DMSO-d6后取清澈的上层溶液，通过美国Agilent 800MHz核磁共振波谱仪进行。BL的分子量和分子量分布通过美国Waters 1515/2414型凝胶渗透色谱仪测定，以3根 Waters Styragel HR DMF系列色谱柱串联（HR0.5、HR2和HR4），德国PSS的聚苯乙烯为标样（标样范围890～549000），DMF作流动相，测试柱温40℃，流速为1 ml·min−1。

1.4 BL的燃烧特性测试

BL的燃烧特性通过美国TA公司的Q50热重分析仪测定，称取5～8 mg BL样品，在30 ml·min−1O2氛围中，分别以5，10，15，20℃·min−1的升温速度在室温至 800℃进行。通过仪器自带的Universal Analysis 2000软件对采集到数据进行分析处理，可同时得到TG（热重）和DTG（微分热重）2条曲线。取10 g的BL，在空气氛围的马弗炉（杭州卓驰仪器有限公司，XL-7A）中，以10℃·min−1的升温速度将炉温分别升至300、600、900和1100℃，保持1 h后自然冷却至室温即得不同温度燃烧后的灰渣（BLR）。BLR的微观形态特征通过Hitachi S-3400N 的SEM测试，BRL元素组成和质量分数则通过Axios Pw4400的XRF测定。

2 实验结果与讨论

2.1 BL的结构表征

2.1.1 BL的FTIR分析 BL的红外谱图见图3，木质素作为一种复杂酚类聚合物，在 1602，1513及1423 cm−1处出现了芳香环骨架振动的特征吸收峰，在1227 cm−1处也观察到属于酚羟基以及芳香环上C—O的弯曲振动峰；其他典型吸收峰中，3392 cm−1处的宽峰为—OH的伸缩振动峰，此吸收峰型较宽，说明 BL中的羟基与水分子存在氢键作用。1704 cm−1处的小吸收峰归属于芳酮中 C═O 伸缩振动峰。在1326，1119 cm−1显示出由S单元中C—O，C—C的伸缩振动产生的强吸收峰[14]，在1165，832 cm−1显示出由木质素G单元中C—H弯曲振动的强烈吸收峰[15]，说明BL的结构主要以紫丁香基单元(S)和愈创木基单元(G)为主，表现为典型的阔叶树类木质素特征。

图3 蔗渣木质素的红外谱图Fig.3 FTIR curves of bagasse lignin

2.1.2 BL的1H NMR分析 BL的1H NMR谱如图4所示，各特征峰可根据木质素官能团结构单元进行归类[16-17]，详见表2。由表2可见，BL主要由G单元和S单元通过β-O-4型的C—O键以及β-5、β-1、β-β型的C—C键连接，各连接方式如图1所示。通过1H NMR谱吸收峰的积分强度可大概判断其官能团含量情况[18]，在6.80～7.25为G单元中的H的吸收峰，在6.25～6.80为S单元中的H的吸收峰，这两吸收峰的面积的积分比例为1/2.05，说明S单元含量约为G单元的2倍。此外，在4.90～5.20处也可观察到微弱的吸收峰，为残留的半纤维素的H所产生的，在蔗渣碱法造纸工艺中，木质素和半纤维素可溶解于碱液中，部分半纤维素与木质素间可通过稳定的共价键形成木质素-多糖复合体，通过常规的酸析沉淀法，难以实现木质素与半纤维素的完全分离[19]。

图4 蔗渣木质素的1H NMR谱图Fig.4 1H NMR spectra of bagasse lignin

表2 蔗渣木质素1H NMR谱图的质子峰归属Table 2 Assignments of signals in1H NMR spectra of bagasse lignin

2.1.3 BL的GPC分析 BL的分子量分布如图5所示，可明显看出，BL的GPC谱图并不是单一的峰，而是表现为连续分布的双重峰，说明制备所得的BL的分子量分布较宽，分子之间存在较大差异。Mancera等[20]对蔗渣碱木质素的分子量及分子量分布进行了测试，发现蔗渣碱木质素的GPC谱图分别在分子量为14874，8368以及713 g·mol−1表现出连续分布的三重峰，本文研究结果与其相类似。结合1H NMR谱图分析，认为第1个峰属于半纤维素-木质素通过共价键结合，形成了数均分子量达107106 g·mol−1的复杂大分子；第2个峰可认为是纯BL的分布峰，可看出纯BL的数均分子量和分子量分布(PDI)分别为11270 g·mol−1和1.371，分子量分布是相对集中。

图5 蔗渣木质素的GPC曲线Fig.5 GPC curves of bagasse lignin

2.2 BL的燃烧特性分析

2.2.1 升温速率对BL燃烧性能的影响 图6为BL在氧气氛围下燃烧的TG和DTG曲线，从图中可以看到，BL的燃烧发生在很宽的范围，在不同升温速率条件下，TG曲线具有一致的走势，一般认为其过程可分为4个阶段[21]：第1阶段为从室温到200℃左右的干燥阶段；在此区间，TG曲线变化平缓，样品的失重主要为自由水的蒸发。第2阶段为200～300℃的挥发分析出和燃烧阶段；随着温度的升高，木质素苯丙烷结构单元中的甲氧基基团会脱离形成挥发性物质，同时分子支链上脂肪族羟基、C—O醚键发生断裂，分子聚合度下降，此阶段燃烧导致的失重较为明显，为12%～20%，故在对应的DTG曲线可看到一个较为完整的失重峰，结果如图6中的小图所示。第3阶段为300～500℃的主燃烧阶段，其失重占了整体失重的80%左右，主要表现为木质素结构中处于主导地位的 C—C键断裂并形成焦炭，由于木质素结构的复杂性以及苯环良好的耐温性，此过程温度区间相对较大；随着温度进一步升高，焦炭迅速被点燃并燃烧，生成CH4、CO、CO2和水等气体产物，此过程由于焦炭成分较为单一，燃烧的温度区间相对集中，在对应的 DTG 曲线可看到一个瘦长的尖峰，说明此时的燃烧导致的失重非常快。第4阶段为残留物的燃尽阶段，TG曲线逐渐趋于平缓，随着温度逐渐升高至800℃，质量基本保持不变，此时残留物中的一些无机物可能发生晶型转变，形成自由焓最低的稳定晶型结构。

为了全面评价 BL在不同升温速率的燃烧情况，引进燃烧特性指数（SN）进行描述，通过计算分析，将BL的燃烧特性参数归纳于表3。其中

图6 蔗渣木质素的TG/DTG曲线Fig.6 TG/DTG curves of bagasse lignin

式中，Ti为着火温度，可通过TG-DTG联合定义法确定[22]；Te为燃尽温度，为DTG曲线上失重速率基本恒定为0时的温度；(dm/dt)max为最大燃烧速率；(dm/dt)mean为平均燃烧速率。

表3 蔗渣木质素的燃烧特性参数Table 3 Combustion characteristic parameters of bagasse lignin

升温速率对BL的燃烧参数有着重要的影响，从表3可以看出，随着升温速率的增加，着火温度，DTG中峰1、峰2峰顶所对应的温度和燃尽温度都有所提高，呈现出典型的热滞后现象。在5℃·min−1的升温条件下，最大燃烧速率只有−8.51%·min−1，说明此时 BL燃烧相对平缓；而当升温速率为20℃·min−1时，最大燃烧速率迅速增加至−142.75%·min−1，说明此时大部分的BL在短时间内被点燃、挥发，燃烧非常剧烈。同时，随着升温速率的增加，平均燃烧速率和综合燃烧特性指数变大，说明升温速率增加有利于改善BL的燃烧特性。

2.2.2 BL灰渣的微观形貌与元素组成分析 图 7为不同温度下灼烧后的BL灰渣的微观形貌图。从图可看出，原BL呈结实、饱满的颗粒状，其表面较为光滑严实，经不同温度灼烧处理后，所得灰渣的微观形貌有着显著差异。经过 300℃燃烧后，由于此阶段BL经历了由脆硬的玻璃态向柔软的、具有一定流动性的黏弹态转变，使木质素颗粒发生黏结团聚，形成尺寸更大的疏松堆积体；同时，由于BL分子链中的C—O，C—C键发生断裂，通过生成小分子挥发分脱离，使BLR颗粒的外表面变得粗糙不平，并附着大量细小的不规则灰渣，在BLR颗粒内部，出现了明显的囊泡和孔洞结构，这与Sharma等[23]的观察结果是一致的。在600℃燃烧后，原来团聚在一起的堆积体崩裂成为许多团状颗粒，在崩裂后的团状颗粒中包裹着零星的坚硬、光滑的小颗粒，这些小颗粒主要是由燃烧不完全的焦炭组成。在此阶段，已观察不到原BL的颗粒形貌，说明其基本骨架结构已经发生坍塌。随着燃烧温度的进一步升高，原来不规则的团状颗粒表面结构逐渐趋向于有序化，呈现出规则片状结晶碎片，这些片状结晶主要是由 BLR中的硅铝钙元素以玻璃体形式存在而生成的结构[24]。

图7 不同燃烧温度下的BL灰渣的SEM图像Fig.7 SEM micrographs of bagasse lignin residues at different burning temperature

表4 蔗渣木质素灰分的元素组成及质量分数Table 4 Element composition and content of bagasse lignin residues at different burning temperature

为进一步分析不同温度下燃烧后的BLR，通过X射线荧光光谱考察了 BLR的元素组成以及质量分数，结果见表4。从中可以看出，BLR的主要组成元素是以不同化合物形式存在的Ca和Si，两者之和约为85%。此外还检测出有较少的Al、P、S、Fe、Na、Mg、K、Ti、Mn、Cu和Br。随着燃烧温度的升高，Ca、Si、Fe和Cu等元素的含量基本保持不变，这是因为它们属于惰性元素，熔点高，不易挥发，经燃烧后几乎全部留在灰渣中，而其他碱金属元素如Na、K等挥发性较强，容易随着温度的升高而挥发，故含量会逐渐减少。

3 结 论

（1）BL表现为典型的阔叶树类木质素，其基本结构的G单元和S单元的比例约为1:2。

（2）BL的燃烧主要发生在300～500℃的阶段，在此过程中燃烧失重率超过80%，最大失重速率高达−142.75%·min−1（20℃·min−1），随着升温速率的增加，BL的平均燃烧速率和综合燃烧特性指数变大。

（3）BL的微观形貌呈光滑、结实、饱满的颗粒状；而BLR的微观形貌则表现为多孔的疏松堆积体或规则的片状结晶颗粒。

（4）BLR主要由Ca和Si组成，两者之和约为85%。随着燃烧温度的升高，BLR中的Na和K含量逐渐减少，而其他元素成分变化不大。

[1]李翔, 李杨瑞, 杨柳, 等. 2013年广西甘蔗生产情况调查报告[J].中国农学通报, 2014, 30(13): 260-268. LI X, LI Y R, YANG L, et al. Survey of sugarcane product in Guangxi in 2013[J]. Chinese Agriculture Science Bulletin, 2014, 30(13): 260-268.

[2]EZHUMLAI S, THANGGVELU V. Kinetic and optimization studies on the bioconversion of lignocellulosic material into ethanol [J]. BioResources, 2010, 5: 1879-1894.

[3]LADEIRA N C, PEIXOTO V J, PENHA M P, et al. Optimization of 6-pentyl-α-pyrone production by solid state fermentation using sugarcane bagasse as residue[J]. BioResources, 2010, 5(4): 2297-2306.

[4]WANG G, ZHANG S P, XU W J. Efficient saccharification by pretreatment of bagasse pith with ionic liquid and acid solutions simultaneously [J]. Energy Conversion and Management, 2015, 89(1): 120-126.

[5]ANDRADE M F, COLODETTE J L. Dissolving pulp production from sugar cane bagasse [J]. Industrial Crops and Products, 2014, 52: 58-64.

[6]LI C Z, ZHAO X C, WANG A Q, et al. Catalytic transformation of lignin for the production of chemicals and fuels [J]. Chemical Reviews, 2015, 115: 11559-11624.

[7]钟锐生, 杨东杰, 熊文龙, 等. 木质素基二氧化硅复合纳米颗粒的制备及在高密度聚乙烯中的应用[J]. 化工学报, 2015, 66(8): 3255-3261. ZHONG R S, YANG D J, XIONG W L, et al. Preparation of lignin-based silica composite nanoparticles and its application in HDPE[J]. CIESC Journal, 2015, 66(8): 3255-3261.

[8]ROCHA J M, NASCIMENTO V M, SILVA F N, et al. Contributing to the environmental sustainability of the second generation ethanol production: delignification of sugarcane bagasse with sodium hydroxide recycling[J]. Industrial Crops and Products, 2014, 59: 63-68.

[9]LORUENCON T V, HANSEL F A, SILBA T A, et al. Hardwood and softwood kraft lignins fractionation by simple sequential acid precipitation[J]. Separation and Purification Technology, 2015, 154(5): 82-88.

[10]RABEENDRA S, PARAMESWARAN N B, ASHOK P. Biological pretreatment of lignocellulosic biomass— an overview [J]. Bioresource Technology, 2016, 199: 76-82.

[11]张琦, 马隆龙, 张兴华. 生物质转化为高品位烃类燃料研究进展[J]. 农业机械学报, 2015, 46(1): 170-179. ZHANG Q, MA L L, ZHANG X H. Progress in production of high-quality hydro carbon fuels from biomass [J]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2015, 46(1): 170-179.

[12]廖艳芬, 曾成才, 马晓茜, 等. 中国南方典型生物质热解及燃烧特性热重分析[J]. 华南理工大学学报(自然科学版), 2013, 41(8): 1-8. LIAO Y F, ZENG C C, MA X Q, et al. Thermogravimetric analysis of pyrolysis and combustion characteristics of typical biomass in south china[J]. Journal of South China University of Technology (Natural Science Edition), 2013, 41(8): 1-8.

[13]黄泽浩.广东典型农作物燃烧结渣特性研究[D].广州: 华南理工大学, 2013. HUANG Z H. Study of combustion and slagging characteristics of typical crops in Guangdong[D]. Guangzhou: South China University of Technology, 2013.

[14]TIAN Z B, ZONG L, NIU R, et al. Recovery and characterization of lignin from alkaline straw pulping black liquor: as feedstock for bio-oil research [J]. Journal of Applied Polymer Science, 2015, 132(25): 42057-42066.

[15]TEJADO A, PENA C, LABIDI J, et al. Physico-chemical characterization of lignins from different sources for use in phenol-formaldehyde resin synthesis [J]. Bioresource Technology, 2007, 98: 1655-1663.

[16]AMINE M, NABIL G, NADIA B, et al. Isolation and characterization of lignin from Moroccan sugar cane bagasse: production of lignin-phenol-formaldehyde wood adhesive[J]. Industrial Crops and Products, 2013, 45: 296-302.

[17]YAN T T, XU Y Q, YU C W. The isolation and characterization of lignin of kenaf fiber [J]. Applied Polymer, 2009, 114(3): 1896-1901.

[18]秦特夫. “I-214 杨”心材、边材木质素的红外光谱、质子和碳-13核磁共振波谱特征研究[J]. 林业科学研究, 2001, 14(4): 375-382. QIN T F. Study on FTIR,1H and13C NMR characterization of poplar I-214 heartwood and sapwood lignins[J]. Forest Research, 2001, 14(4) : 375-382.

[19]蒋挺大.木质素[M].北京: 化学工业出版社, 2001: 25-26. JIANG T D. Lignin[M]. Beijing: Chemical Industry Press, 2011: 25-26.

[20]MANCERA A, FIERRO V, PIZZI A, et al. Physicochemical characterisation of sugar cane bagasse lignin oxidized by hydrogenperoxide[J]. Polymer Degradation and Stability, 2010, 95(4): 470-476.

[21]DOREZ G, FERRY L, SONNIER Y, et al. Effect of cellulose, hemicellulose and lignin contents on pyrolysis and combustion of natural fibers [J]. Journal of Analytical and Applied Pyrolysis, 2014, 107(5): 323-331.

[22]卢洪波, 戴惠玉, 马玉鑫. 生物质三组分燃烧特性及动力学分析[J].农业工程学报, 2012, 28(17): 186-191. LU H B, DAI H Y, MA Y X. Combustion characteristics and dynamic analysis of three biomass components [J].Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2012, 28(17): 186-191.

[23]SHARMA R K, JAN B W, VICKI L B, et al. Characterization of chars from pyrolysis of lignin[J].Fuel , 2004, 83(11/12): 1469-1482.

[24]姚锡文, 许开立. 稻壳与稻秆灼烧灰颗粒的微观形态特征及其能谱分析[J].农业工程学报, 2015, 31(19): 208-215. YAO X W, XU K L. Microstructure characteristic and X-ray energy dispersive microanalysis of combustion ash of rice husk and rice straw [J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2015, 31(19): 208-215.

Structure and combustion characteristics of lignin from black liquor of bagasse soda pulping

LI Yanming, LI Bingzheng, DU Fangli, XIAN Xuequan, HUANG Hualin, TANG Peiduo
(State Key Laboratory of Non-Food Biomass Enzyme Technology, National Engineering Research Center for Non-Food Biorefinery, Guangxi Key Laboratory of Biorefinery, Guangxi Academy of Sciences, Nanning 530007, Guangxi, China)

In order to utilize the black liquor effectively, lignin was extracted from bagasse soda pulping black liquor by acid precipitation. The bagasse lignin (BL) was then characterized by Fourier transform infrared (FTIR), nuclear magnetic resonance (1H NMR) and gel permeation chromatography (GPC). The results indicated that BL, which was consisting of syringyl (S) and guaiacyl (G) units and connected together by β-O-4 aryl ether linkages, β-5, β-1 and β-β condensed C—C linkages，was more similar to the broadleaf wood lignin than annual grass lignin. There was large variation among the molecular weight of the BL molecules. The GPC spectrum of BL contained two continuous peaks, and the number-average molecular weight (Mn) of these two peaks was 107106 g·mol−1and 11270 g·mol−1, respectively. Thermogravimetric analysis (TG) was used to investigate the combustion characteristics of BL. The results showed that the combustion process undergoes four periods, i.e. dehydration (30—200℃), volatilization (200—300℃) releasing from cleavage of the C—O linkage and combustion, volatilization (300—500℃) releasing from cleavage of the highly condensed C—C linkage and combustion of coke, and burnout stage (500—800℃). The combustion of BL mainly occurred at the temperature range of 300—500℃with above 80% mass loss, and the maximum mass loss rate reached its value of −142.75%·min−1at thetemperature of 477℃ (20℃·min−1). The influences of different heating rates (5, 10, 15, 20℃·min−1) on combustibility parameters of BL, which consisted of the ignition temperature, peak temperature at maximum mass loss rate, burnout temperature and maximum/mean mass loss rate were analyzed through computing the differential thermogravimetric (DTG) curves. It was shown that the thermal hysteresis would occur and all combustibility parameters were increased along with increasing heating rate. The bagasse lignin residues (BLR) were prepared by burning at 300, 600, 900 and 1100℃, and the surface morphology and elemental composition of those BLR were comprehensively analyzed by using the scanning electron microscopy (SEM) and the X-ray fluorescence (XRF) technique. The results showed that a majority of tight structure of granular with smooth surface were found in the BL, while most of loose and poriferous larger particles, which was caused by the volatilization releasing and melting of the BL, was found in the 300℃ BLR. The sporadically coke particles wrapped in the loose particles still existed in the 600℃ BLR, indicating that the incomplete combustion of the cake occurred. Then, the higher the burning temperature was, the smaller size and homogeneous of the BLR. The well-ordered lamellar particles were the majority surface morphology of BLR when burning temperature exceeded 600℃. The main composition elements of BLR were calcium (Ca), silicon (Si), aluminum (Al), phosphorus (P), sulphur (S) and ferrum (Fe). With the increase of burning temperature the Na and K contents decreased, while the other elements contents not obviously changed.

biomass; pulping black liquor; lignin; combustion characteristics; microstructure

LI Yanming, Lym810555@163.com

TK 6

：A

：0438—1157（2017）01—0345—08

10.11949/j.issn.0438-1157.20160839

2016-06-21收到初稿，2016-08-25收到修改稿。

联系人及第一作者：黎演明（1985—），男，硕士，助理研究员。

广西国际科技合作项目（15104001-5）；广西自然科学青年基金项目（2015GXNSFBA139022）；南宁市科技计划项目（20161020）；广西科学院基本科研业务经费（13YJ22SW04, 15YJ22SW04）。

Received date: 2016-06-21.