不同粒径污泥热解制备生物炭及其特性分析

以3种不同粒径污泥为原料,采用固定床反应器在500℃下制备生物炭。考察了3种不同粒径污泥的热解特性及其生物炭中重金属的分布特征,并运用TCLP对污泥及其生物炭的重金属浸出毒性进行了系统研究。结果表明,随着污泥粒径的增大,热解生成的生物炭和热解气产率均有所降低,而焦油产率则逐渐升高;在3种不同粒径污泥热解过程中,重金属除As外主要富集在固体产物生物炭中,相对富集系数均高于90%。随着污泥粒径的增大,污泥中Cu、Zn和Ni的含量增加,而Cr和Pb的含量则减少;虽然3种不同粒径污泥制备的生物炭中重金属的浸出规律不一致,但是污泥热解可以有效抑制重金属的浸出。生物炭中除As和Zn外其他重金属元素的浸出率均低于3.0%。     

不同粒径污泥热解制备生物炭及其特性分析

以3种不同粒径污泥为原料,采用固定床反应器在500℃下制备生物炭。考察了3种不同粒径污泥的热解特性及其生物炭中重金属的分布特征,并运用TCLP对污泥及其生物炭的重金属浸出毒性进行了系统研究。结果表明,随着污泥粒径的增大,热解生成的生物炭和热解气产率均有所降低,而焦油产率则逐渐升高;在3种不同粒径污泥热解过程中,重金属除As外主要富集在固体产物生物炭中,相对富集系数均高于90%。随着污泥粒径的增大,污泥中Cu、Zn和Ni的含量增加,而Cr和Pb的含量则减少;虽然3种不同粒径污泥制备的生物炭中重金属的浸出规律不一致,但是污泥热解可以有效抑制重金属的浸出。生物炭中除As和Zn外其他重金属元素的浸出率均低于3.0%。     

氮掺杂生物炭材料的制备及其在环境中的应用

由生物质转化得到的生物炭材料因其成本低且环境友好被广泛用于环境领域，且对我国实现碳达峰与碳中和有积极的促进作用。非金属氮掺杂生物炭由于氮元素的引入，呈现表面碱度以及多吸附位点的特性，提高了其对污染物的去除性能，然而对氮掺杂生物炭材料的绿色可控合成及掺杂机理的关注不够。本文综述了近几年来国内外氮掺杂生物炭材料的制备及其在环境中的研究应用，梳理了氮掺杂生物炭材料中含氮官能团的类型和不同制备方法，含氮官能团包括吡啶N、吡咯N和石墨N等，其含量和类型受氮源、热解温度和时间的影响，阐明了其中的氮掺杂机理由氮源分解的中间产物、生物炭表面官能团和掺杂过程中的活化剂等因素决定。最后，对氮掺杂生物炭在环境方面的应用及作用机理进行探讨，并在此基础上提出未来研究高效氮掺杂生物炭的重点和研究方向，以期为氮掺杂生物炭在环境中的实际应用提供参考。     

Fe负载污泥生物炭催化热解聚丙烯及产物特性

针对塑料成分复杂、热解产油组分不稳定和品质控制难的问题，本文以市政污泥为原料制备Fe负载污泥基生物炭催化剂，以聚丙烯塑料(PP)催化热解促进焦油裂解与合成气生产的试验路线开展研究，分析了PP热解产物中焦油的去除效果、富H₂合成气关键组分以及催化热解过程对污泥基生物炭表面特性的影响。结果显示FeCl₃浸渍比为5%(质量分数，以Fe计)制备的污泥基生物炭可显著促进PP催化热解产氢，1g塑料氢气产率达17.39mmol，分别高于未经Fe负载污泥生物炭催化对照组268.43%以及纯PP热解对照组2046.91%。催化热解过程强化了焦油裂解，焦油裂解率达29.65%。焦油组分中醇类物质相对占比下降，烯烃类与卤代酯类物质相对占比上升。同时，催化热解后污泥基生物炭表面出现特殊的薄层状孔隙结构，比表面积增至225.90m²/g。XPS分析发现污泥基生物炭表面的碳氧官能团结合碳、晶格氧以及羧基氧相对比例上升，证明在此Fe浸渍比例下出现了更多的活性位点。     

热解温度对污泥生物炭稳定性及养分淋溶特性影响

以市政污泥为原料,在300、500、700 ℃ 条件下热解制备得到污泥生物炭。采用碱液吸收法测定生物炭在培养环境下的CO₂释放速率以表征其降解速率,并采用预测模型计算得到生物炭的半衰期。以去离子水为浸提剂考察了生物炭中可溶性养分含量及其淋溶特性。结果表明:在300~700℃范围内,较高温度下制备的生物炭降解缓慢,稳定性更强,可在自然环境中长期存在,具有更好的固碳效果;较低温度下制备的生物炭中水溶性氮、水溶性钾含量更高,但水溶性磷含量更低;生物炭中养分的淋溶效果与其可溶性养分含量一致,较低温度下制备的生物炭的淋溶液中水溶性氮、水溶性钾含量较高,水溶性磷含量较低。     

污泥和聚氯乙烯共热解三相产物特性

伴随着社会发展和城市扩张，生活污泥和废塑料的处置压力越来越大，同时热解作为一种资源化处置有机固体废弃物的手段受到普遍关注。本文通过开展生活污泥(SS)和废聚氯乙烯塑料(PVC)在500～900℃共热解实验，探究了温度和PVC掺混比对热解三相产物分布及其性质的影响。结果表明：伴随温度的升高，热解的固相产率下降，气相产率上升，液相产率先上升后下降；与此同时，热解气中的CH₄和CO含量上升，CO₂的含量下降；热解油中有机物含碳数减小，烃类和芳香类有机物比例增大；热解炭表面孔隙结构变得不规则，官能团减少。与污泥单独热解相比，PVC的加入会在降低产炭率的同时提高产气率，且高温下将抑制液相产物的产生。除此之外，PVC有利于提升热解气品质，提高高温热解油中重质组分的含量，并在增大热解炭表面不规则程度的同时使其含氧官能团更为丰富。     

脱水污泥-松木共热解生物炭的制备及吸附性能

以脱水污泥(含水率80%)和松木的混合物为原料共热解制备生物炭。研究了松木掺混比、热解温度对生物炭产率和BET比表面积(SBET)的影响,采用元素分析、工业分析和扫描电镜比较了单独热解及共热解生物炭的元素组成和表面形貌。结果表明,生物炭产率随着松木掺混比的增加而提高,随着热解温度的升高而下降。2种原料共热解存在明显的协同效果:松木提高了生物炭的碳元素含量,污泥的水分具有一定的活化作用,生物炭表面粗糙程度增加、SBET扩大。当松木掺混比为60%、热解温度为750℃时,生物炭SBET达到最高的213.4 m2/g。此外,生物炭对水中苯酚的吸附符合准二级动力学,等温吸附过程能用Freundlich模型描述。     

污水污泥和消化污泥热解过程中重金属迁移转化行为对比分析

以污水厂生污泥(RS)及其厌氧消化污泥(DS)为处理对象进行低温热解研究,对比分析了厌氧消化工艺对污水污泥热解炭中重金属(Cu、Zn、Cr、Cd、Pb)形态分布与迁变规律的影响。结果表明:消化污泥热解炭中稳态Cd、Cr、Cu含量均高于同等温度下生污泥热解炭,而两种热解炭中Pb形态无明显差异,但消化污泥热解炭中稳态Zn含量却小于同等温度下生污泥热解炭;低温热解能够有效地降低生污泥和消化污泥中Cu、Zn、Cr、Pb的潜在迁移转化能力,使重金属由F1态和F2态向稳定的F3态和F4态转变,降低重金属的环境风险水平。     

花生壳生物炭的制备、表征及其对邻苯二甲酸二甲酯的吸附特性

研究以典型农业废弃物花生壳为原材料,采用限氧升温法在200,450℃下分别热解2,6 h制备4种生物炭,基于对4种生物炭元素组成和表面性质进行分析的基础上,比较不同制备条件下生物炭对邻苯二甲酸二甲酯(DMP)的吸附性能差异。结果表明,4种花生壳生物炭的元素含量大小为C>O>H>N,随着热解温度的升高,生物炭中碳元素含量显著增高,氢、氧、氮3种元素的含量明显下降,生物炭的芳香性增强且极性减弱,而热解时间对元素含量的影响较小。花生壳生物炭的比表面积、微孔面积和微孔孔容均随热解温度的升高而增加。4种花生壳生物炭对DMP的吸附均符合Freundlich方程,花生壳生物炭制备温度越高,其吸附能力越强,吸附过程呈现明显的非线性特征。对实现花生壳资源化利用和水体有机污染物治理方面具有良好的借鉴意义。     

煤热解过程中氮、硫析出形态的研究进展

综述了煤中氮、硫元素的赋存形态及其在煤热解过程中析出形态的研究进展，讨论了温度、压力和煤阶等因素对氮、硫在热解产物中赋存形态的影响，同时给出了一些含氮、硫化合物的可能生成途径。指出应大力加强煤热解过程中氮、硫析出形态的研究，以实现煤的洁净利用。     

煤热解过程中硫氮分配及迁移规律研究进展

总结了煤热解过程中硫、氮的迁移转化规律,讨论了硫氮在煤气、焦油和半焦中的分配情况,分析了一种同时脱硫脱氮的煤解耦燃烧工艺,给出了煤燃烧过程硫氮污染物的可控转移目标和几个有待解决的主要问题。     

市政污泥热解制备生物炭实验研究

生物炭是有机物质在缺氧或贫氧气氛下经热裂解过程产生的固体产物^[1]目前对生物炭的研究兴趣源于对亚马逊盆地黑土(Terra Preta)的认识,亚马逊盆地黑土含有丰富的生物炭,多年耕种后,仍保持持久肥力^[2].研究表明,生物炭是稳定的碳载体,在土壤中可保持长达百年至千年之久,土壤中施用生物炭可提高土壤中有机碳以及腐殖质含量,从而提高土壤的养分吸持容量及持水容量^[3-4].     

大庆罐底油泥热解特性及污染物释放特性

大庆罐底油泥属于高含油污泥,资源回收潜力大,同时具有黏度大、黏结性强、成分复杂、自然沉降慢等特性。本文对大庆油田高含油污泥的热解特性及污染物释放特性进行研究,分别测试了不同热解终温和升温速率下气/液/渣三相产品的品质和成分。结果表明,热解气中C₂H₄的释放量明显高于其余气体。CO₂气体仅在700℃处出现一个峰值,H₂在700℃之前释放量偏低,在700~800℃之间大量释放;热解终温和升温速率的增加会导致热解油低链烃类的大量生成,中链烃类呈现先增加后降低的趋势;热解终温会对固相产物中的SiO₂和CaCO₃产生一定的影响,而升温速率对固相产物几乎无影响。采用在线烟气分析仪测试了气相产物中的N、S、Cl小分子污染物的释放特性。HCN、NH₃在600℃时向NO_x转化;600℃以下绝大部分含氯化合物会发生释放;含硫污染物成双峰释放,600℃以上的峰主要源于硫酸盐的分解。     

污泥与生物质共热解制备生物质炭工艺优化及吸附性能

通过污泥与秸秆（玉米秸秆、水稻秸秆、小麦秸秆、芝麻秸秆）慢速共热解的方法,在不同热解温度（300℃、400℃、500℃、600℃）、热解时间（0.5h、1h、1.5h、2h）及配比（污泥与生物质1∶0、1∶0.5、1∶1、1∶2）条件下制备4种生物质炭,即SCBC（污泥-玉米秸秆生物质炭）、SRBC（污泥-水稻秸秆生物质炭）、SWBC（污泥-小麦生物质炭）、SSBC（污泥-芝麻生物质炭）,研究了不同热解条件对生物质炭产率、pH、元素组成、表面特征、吸附性能的影响,并根据吸附性能筛选出各生物质炭的最优制备工艺。结果表明,热解温度为500℃、热解时间为2h、污泥与玉米秸秆、芝麻秸秆配比为1∶1时,污泥与水稻秸秆、小麦秸秆配比为1∶2时,制备的生物质炭吸附性能最优。最优制备工艺条件下,4种生物质炭吸附性能相比：SWBC > SRBC > SCBC > SSBC。     

污泥生物炭催化高级氧化过程进展

作为废水处理过程的副产物,污泥的高效处理处置是环保领域的难题之一。通过高温热解将污泥转化为生物炭是一种有效的污泥资源化途径。污泥生物炭不仅可作为“吸附剂”吸附去除水体中污染物,还可作为新型“催化剂”高效催化高级氧化过程以降解水体中的有机污染物。本文综述了近些年来国内外关于污泥生物炭在高级氧化技术领域尤其是催化过硫酸盐（PS）、过氧化氢（H₂O₂）、臭氧（O₃）以及光催化等氧化过程降解有机污染物的研究进展。通过探讨污泥生物炭的表面官能团、掺杂改性杂原子、负载过渡金属及其氧化物以及与其他技术耦合催化降解有机污染物的研究现状,进一步揭示污泥生物炭催化作用的关键活性位点以及催化机理。最后提出该领域目前面临的主要问题及未来发展方向,为污泥生物炭进一步实现高附加值资源化利用提供重要参考。     

生物炭持久性自由基形成机制及环境应用研究进展

持久性自由基（PFRs）因其持续反应活性和潜在毒性而日益受到广泛关注。生物炭在高温热解和水热碳化制备过程中会产生PFRs，并可转化形成活性氧物质，从而促进环境污染物的氧化还原转化和降解，同时也产生潜在的环境健康风险。本文综述了生物炭PFRs的国内外研究进展，归纳了PFRs在生物炭制备过程中的形成和转化机制，总结了生物炭PFRs生成ROS降解有机污染物、光诱导氧化降解有机污染物、重金属氧化还原转化等方面的环境应用研究现状，初步探讨了生物炭PFRs的毒性效应，并对今后的研究发展方向提出了展望，以期为生物炭PFRs的进一步环境应用提供方向和依据。     

炭化工艺对脱水沼渣炭理化性质的影响

以一级脱水沼渣为原料,通过热重-红外联用分析其失重行为及热解气相产物的组成,采用单因素试验方法,考察炭化温度、升温速率、保温时间对沼渣炭的得率、理化性质的影响。结果表明：360～480℃区域为热解的主要阶段。随着温度的升高,炭得率、挥发分含量降低,灰分含量增加,固定碳含量在700℃最高（18.37%）;随着升温速率提高,灰分、固定碳含量提高,炭得率及挥发分含量降低;随着保温时间的延长,炭得率逐渐降低,对灰分、挥发分、固定碳影响不显著;原料及炭热值较低;重金属Cd和Pb含量低于“有机-无机复混肥料”标准限值（GB 18877—2009）;Hg和Cr含量较低,符合肥料用有害重金属元素限值标准,而有益于植物生长的元素Mn和Zn含量较高,本研究为减量化处理复杂沼渣提供了理论依据。     

高硫煤焦化过程气体返回耦合脱硫实验研究

通过模拟工业焦化过程,针对一种高硫煤考察了不同气体种类、气体流量及加热速率下,气体返回焦化过程对固体产物焦炭中硫含量变化及气相中H2S气体逸出行为的影响. 结果表明,焦化过程中通入H2, CH4和N2气体可以抑制热解气中的硫在逸出过程中返回到固体焦炭中,H2达到的焦炭脱硫量最大,其次是CH4和N2;气相中硫逸出行为表明,煤热解第一高峰阶段也是硫析出时的高峰阶段,800℃后均可达到总析出硫量的90%;增大气体流量、减小加热速率有利于使硫向气相转移,从而使固体焦炭中的硫分配降低;固体焦炭中硫含量变化亦表明,H2气氛下脱硫效果较佳,在空塔速度0.8, 1.3, 2.1 mm/s和3.0, 1.5℃/min两种加热速率下可使焦炭中硫含量分别降低0.36%~0.39%和0.46%~0.56%.     

含油污泥热解技术研究进展

含油污泥是石油工业的主要污染物之一,其处理一直是油田以及石油企业的难题,如果处置不当,将造成严重的环境污染。热解技术是一种在无氧或缺氧的条件下,将油泥中的重质组分转化为轻质组分,并加以回收的新的含油污泥处理技术,可以更为彻底地处理含油污泥,且具有二次污染程度小、能量可回收利用的特点,是一种应用前景较广的处理方法。本文对国内外含油污泥热解技术的研究进展进行了总结,并重点介绍了温度、加热速率、停留时间、热解催化剂对于含油污泥热解效果及产物的影响,同时还阐述了热解动力学模型的拟合方法,分析了热解能量流动过程以及目前工业中应用比较广泛的热解设备,并指出未来含油污泥热解技术可能的发展方向,以期对含油污泥热解技术的发展提供参考。