近年来，可再生能源得到了越来越多的关注，由于气候变化引起的环境问题日益严重，可再生能源希望限制化石燃料的使用。生物质能是可再生能源的主要来源之一，由于广泛的可用性和实现温室气体中性的潜力，生物质已成为替代化石燃料的潜在候选者。竹子是生长最快的能源作物之一，但其原始形式的低热值和高亲水性），它作为一种能源的吸引力较小。为了克服这些瓶颈，人们尝试了各种热化学转化，如烘烤、水热碳化、缓慢和快速的热解和气化等，在这些处理中，烘烤通常被视为最实用的方法，因为烘烤通常在相对较低的温度下进行，而且与其他处理相比，它需要更少的能量输入。然而，目前还没有研究表明烘烤在多大程度上提高了竹子的可磨性，以及工业规模烘烤系统的整体热和质量平衡。

因此，该研究的目的是研究烤竹炭的理化性质、能量含量、产率、疏水性和可磨性；还探讨了烘烤气体的催化氧化如何改善商业烘烤系统的热平衡和质量平衡；为了达到这些目标，竹子在三种不同的温度下烘烤，停留1小时；研究了质量产率、以较高热值测量的热含量、能量产率和气体种类的变化；测定纤维素，半纤维素和木质素含量的变化；从极性指数和自由结合水比两方面考察了炭的疏水性；此外，还确定了研磨炭所需的能量；最后，采用工业规模模型研究了烘烤气体的催化氧化对工厂整体热和质量平衡的影响；物理化学性质、增强可磨性节省的能源以及烘烤气体的能量回收，可以为马来西亚竹子的工业规模烘烤铺平道路。

1. 焦化炭的物理化学性质

随着处理温度从250℃到290℃的升高，固体产量(MY)的变化，MY分别从81.6%下降到了57.5%和83.1%下降到61.8%。在每个操作温度下，烤箱MY比TGA的值相对较低。这可能是由于操作温度或温度控制略高于实际设定温度。由于烘箱的尺寸明显大于TGA，因此很难在绝对设定值上控制烘箱，尽管产量是一致的和可重复的。固定碳(FC)随着温度的升高而增加，而挥发性物质(VM)则逐渐降低，生竹的FC和VM分别约为15.0±0.1和83.5±0.0wt%。

为了进一步研究其疏水性，我们采用TD-NMR以“自由结合水”的方法分析了不同水分水平下炭对水的吸附能力（见图1）；研究结果表明，烘烤温度的升高导致了多余的水分和挥发性有机化合物，而竹子中生物聚合物内部的化学成分发生了变化，使得材料更容易、均匀地磨碎。

2. 能量含量和密度

如图2所示，为了量化能量含量，我们进一步测量了HHV_daf，并计算了烘烤炭的EY和ED。在研究温度下，高温炭的HHV_daf从17.81增加到25.56 MJ/kg，与之前的研究结果相似，在相应的温度下烘炉衍生的HHV_daf略高于TGA衍生的炭；HHV水平越高，也意味着ED水平越好；图2显示与生竹相比，ED增加了1.44倍，虽然HHV_daf和ED均升高，但EY随烘烤温度的升高而降低；由于EY与MY密切相关，这一趋势是意料之中的；然而，一个重要的发现是，在290℃时，EY仅下降了约14%，而MY下降了约40%。

在特定温度下，烤箱中产生的炭的热值与TGA的理化性质的变化趋势是相似的。然而，在特定温度下的烘炉衍生的炭表现出稍先进的性能(例如，高HHV值、高碳、低氧等)；与TGA衍生的炭在该温度下相比，这可能是由于在烤箱中的工作温度稍高；此外，当烤箱设置在250℃时，实际工作温度在250℃和270℃之间，而设定温度在270℃和290℃时，实际工作温度分别在270-290℃和290-300℃之间。

3. 燃烧特性

图3展示了地面（6 mm）生竹和生竹的D(TG)热图表明生竹与生竹的燃烧行为有显著差异。所有研究样品的燃烧行为似乎显示出三个不同的燃烧区，假设I区(25-200℃)主要由水分蒸发和/或提取物的发生组成，II区(200-400℃)是半纤维素和纤维素挥发和分解燃烧的地方，III区(400-700℃)是固定碳燃烧和残留木质素发生的地方。从图3可以清楚地看出，燃烧引起的质量损失率出现在II区和III区，占总质量损失的90%以上。

在II区，除了与生竹相比外，Ti和Tb没有明显的变化，生竹的Ti和Tb分别在210℃和390℃左右，而炭的Ti和Tb分别在235~240℃和396-400℃之间，但DTGmax则随着烘烤温度的升高而减小。生竹的质量损失率最大(3.15wt%/min)，而O-290的质量损失率最小(2.19wt%/min)，这可能是由于烘烤后的O-290样品的VM降低所致。随着烘烤温度的增加而增加，尽管Ti表现出与II区相似的行为。在III区中，DTGmax随着烘烤温度的升高而缓慢升高，而在DTGmax处的温度则向右偏移与X轴和Tb一样。

4. 焦化炭的可磨性

该研究表明燃料特性随着烘烤温度的提高而改善，还观察到整个芯片没有完全燃烧，而地面（缩小尺寸）材料可以燃烧；虽然减径被称为一种能量密集型过程，但烘烤已被证明可以显著减少磨机的滞留时间以及破碎/破碎颗粒所需的能量。图4展示了铣削所需的吞吐量和能量。从图4中可以看出，磨原竹所需的时间大约是烤竹的2.7倍，例如研磨90%的O-290样品大约需要5.5秒，而生竹子大约需要15秒。由于焦炭的吞吐量显著较高，与原竹相比，预期的能量消耗更低，通过6毫米屏幕研磨生竹的能量需求约为938千瓦时/吨，而O-290只有111千瓦时/吨。这被认为是由于腐蚀，因为挥发性物质显著减少，使样品更脆。因此，与生竹子相比，烤炭所消耗的能量更少。这些都归因于在竹纤维中可能会发生一些应力，收缩也会改变材料的孔隙度；另一方面，竹子的热分解可以增强细胞壁的脆性。由于这些结果，与生竹子相比，烘烤的竹子打磨所需的能量明显减少。

5. 烘干废气分析

正如前面详细介绍的那样，竹子的烘烤会改变它的化学成分。在烘烤过程中，一小部分生竹固体挥发成混合物、可凝气体（VOC液体和水）和永久气体。随着烘烤操作的严重程度的增加，烘烤固体的碳浓度增加，氢含量略有降低，氧含量显著降低。其结果是，烘烤固体的热含量增加。永久气体和可凝气体的产率随反应温度的增加而增加，并且有可能通过燃烧或热氧化从这些有机蒸汽和永久气体中回收能量。除了之前报道的使用LECO热重分析仪和SPXBlueM分批烘炉的烘烤实验外，还使用了管式炉装置来详细说明和量化竹子烘烤过程中产生的气体和可冷凝液体。图5展示了气体成分和干固体产率的变化，虽然上面表的产率数有一些分散，但当作为固体降解程度的函数检查时，它们呈现出一致的趋势。当样品开始降解时，会形成一些碳氢化合物和一氧化碳，虽然演化的气体主要是二氧化碳，导致反应形成的水。随着处理的严重程度的增加（在图5中从右到左），其成分向较低比例的二氧化碳和较高浓度的烟气转移。图中的线是来自二次拟合的回归线，以帮助说明/连接离散的数据测量值，而不是一个已知的或假定的模型。

由于竹子的能量密度低和可磨性较差，在现有的固体燃料发电厂中使用具有一定挑战性。该研究介绍了烘烤处理如何提高竹子的能量含量和可磨性，还介绍了热和质量平衡，包括通过大规模烘烤设备的催化氧化从烘烤气体中回收能量。在不同的温度下对竹子进行烘烤，并通过最终和近似分析、成分分析、气体种类分析、TD-NMR和能量含量对产品进行了表征。进一步研究了固体产物的可磨性和燃烧特性，同时采用气态产物进行势能回收。炭的理化性质表明，随着烘烤程度的增加，能量含量显著增加；同样地，燃烧特性也有所改善。与原竹相比，磨焦炭所需的时间和精力显著减少，进一步证明了烘烤的重要性。此外，大规模论证表明，烘烤气体通过催化氧化转化可能是一种重要的能源。