在扩大生物质热解规模和推动其商业化的进程中,由于热解的吸热特性,传热瓶颈成为主要的挑战,而氧化热解是一种潜在的解决方案。目前关于生物质氧化热解的研究集中在不同生物质种类、不同反应器类型和规模以及不同热解工况对于热解的影响。由于氧气的引入,热解过程中存在氧-焦的异相氧化和氧-挥发分的均相氧化以及常见的焦和挥发分的二次反应问题,这使得对于生物质氧化热解的研究变得极其复杂。本文以生物质组分中含量最高的纤维素作为研究对象,关注氧气对于纤维素热解焦的化学结构以及糖类生成机制的影响。首先,为了宏观尺度上探究氧气对于纤维素热解的影响。利用热重分析仪/差示扫描量热法来探究氧化气氛下纤维素热解的失重特性和吸放热特性,结合热重-傅立叶红外变换光谱探究氧化热解下气体释放机制。氧化气氛下,纤维素热解呈现两个质量损失阶段。第一阶段的失重过程并不单纯与惰性气氛下一致,其在热解过程中会伴随着放热反应的发生,随着氧浓度的升高,放热反应被增强;而第二阶段会发生焦的氧化放热反应。氧气的存在促进纤维素降解以及焦和挥发分氧化,使得CO2的释放增强。但是,氧浓度对纤维素热解的活化能没有显著影响,随着氧浓度的升高,热解时间缩短。其次,焦表面的官能团在热解的初级阶段起着极其重要的作用,为了深入分析纤维素氧化热解特性,对纤维素在0 vol.%O2、5 vol.%O2、10 vol.%O2、21 vol.%O2四种气氛下进行原位傅里叶红外漫反射耦合二维相关红外光谱方法的实验,重点研究氧气对于纤维素裂解过程中的断、成键机制以及焦炭结构演化过程。分子内氢键从120℃开始断裂,氧气的存在使得氢键网络的破坏在一定程度上得到了促进。氧化气氛下饱和酮基的生成首先得到促进,不饱和键出现的温度随着氧浓度的升高而有所提前。随着氧浓度的升高,纤维素结晶区、糖苷键以及吡喃环C6亚甲基和次甲基的相对强度迅速下降,且开始大幅度下降的温度也与C=O和C=C大量生成的温度相对应,氧气的存在能够促进来自于中间态活性纤维素二次反应的脱水反应。与此同时,氧气促进焦中苯环对位双取代基的增多,焦更快地向稠环化转变。最后,在金属网丝网反应器上进行了不同气氛下纤维素的热解实验,在解耦一次反应和二次反应的前提下,着重研究纤维素在氧化热解过程中的左旋葡聚糖、纤维二聚糖、纤维三聚糖三种脱水糖和葡萄糖、纤维二糖、纤维三糖三种糖聚物的生成转化规律,再结合氧化气氛下热解焦表面官能团的演变,探究纤维素氧化热解机理。结果表明:氧气的存在通过促进中间态纤维素的生成来提前纤维素的分解,在纤维素剧烈解聚温度段氧气的影响显著,随着氧气浓度的升高,焦产率减少,焦油产率升高,轻微促进初生焦的脱水反应。脱水糖主要以左旋葡聚糖为主,氧化气氛下脱水糖的产率升高,可能与纤维素结晶区消耗、糖苷键的断裂得到促进有关。氧化气氛下糖聚物的产率相比于惰性气氛下更低,纤维三糖尤其明显。聚合度越高的脱水糖稳定性越差,高温下,氧化气氛下高聚合度脱水糖和糖聚物的存在更加困难,氧化热解不利于发生脱水糖转化为高聚合度糖类的聚合反应,氧化反应可能导致其易向气态和液态产物转移,不利于焦的生成。