煤矸石与烘焙农业固废共燃过程中多组分交互作用机制研究及其环境协同效应

本文创新性地研究了烘焙小麦秸秆(TWS)与煤矸石(CG)的共燃特性，通过TG-DTG、XRD、XRF、XPS等多尺度表征技术，揭示了金属元素(特别是K)的催化作用使40%CG+60%TWS混合比时NO转化率最低(13.95%)，阐明了碱性金属离子促进芳香结构氮(N-Q)向吡咯氮(N-5)迁移的微观机制，为煤基固废与生物质的清洁高效协同利用提供了理论支撑。

　　

Highlight

本研究通过创新性地采用烘焙预处理小麦秸秆(TWS)与煤矸石(CG)共燃，揭示了生物质碱金属对燃烧特性的调控机制。当混合比为40%CG+60%TWS时，系统达到最佳协同状态。

Experimental materials

实验选用山西煤矸石和黑龙江小麦秸秆，在300℃烟气氛围下进行烘焙预处理。采用90-125μm粒径样品，在2L/min流量(12%CO₂/8%O₂/80%N₂)条件下进行固定床燃烧实验。

Analysis of TG and DTG results

热重分析显示：烘焙生物质的加入使煤矸石燃点降低47℃，燃烧区间收窄。DTG曲线在469.23℃出现特征峰，60%TWS样品表现出最大的燃烧反应活性，归因于生物质中钾元素的催化作用。

Conclusion

研究表明：烘焙生物质通过碱金属催化使芳香微结构碎片化，促进内部氮原子(N-Q)向边缘吡咯氮(N-5)迁移，有效抑制NO前驱体形成。40%CG+60%TWS混合比时，比表面积达最大值(214.6m²/g)，孔隙结构最发达。