生物质炭的制备及其在能源与环境领域中的应用

本文综述了热分解法、微波炭化法以及水热炭化法制备生物质炭材料的研究现状及其存在的问题;并概括了生物质炭在碳燃料电池、生物质炭燃料、污水处理和土壤处理等能源与环境领域应用的研究进展,最后展望了生物质炭的发展前景。     

规模化连续生物质炭化设备的评价及产品分析

针对目前国内生物质废弃物热解炭化设备规模化生产中存在着生产设备运行不稳定、秸秆炭化产率低、副产品回收利用难等问题,采用稻壳和玉米秸秆成型颗粒为原料,研究其在该套规模化连续生物质炭化设备中长时间连续炭化情况,从而系统分析了该生物质炭化设备的适用性和稳定性。该设备由炭化单元、气体分离单元和出炭单元组成,炭化单元采用双层套筒结构,内层为炭化室,外层为燃气加热室,将生物质炭化产生的高热值生物质气回收后燃烧加热实现热解炭化过程的连续运行。实验结果表明：该生物质炭化设备设计合理,可满足不同原料炭化,可实现稻壳和玉米秸秆颗粒的长时间连续稳定炭化,炭化产能可达到490 kg/h,炭化温度控制在500 ℃左右,生物质炭的得率在37%以上,热解后固、液、气三相分离完全,气体得到循环利用。     

生物质炭化技术研究进展

针对生物质炭化技术相对滞后的现状,从生物质特性研究入手,在分析炭化机理的基础上,重点评述了生物质炭化影响因素和工艺装置的研究进展。指出原料、预处理方式和工艺参数是影响生物炭产量的3个主要因素,并对比了窑炭化、固定床炭化、螺旋炭化、微波炭化和流化床炭化的优缺点,为后续生物质炭化技术发展指明方向。     

制备方法对胡麻不同部位生物质炭材料吸附活性的影响

生物质炭是指原料在部分缺氧或绝氧的条件通过特殊方法处理后产生的高度芳香化、高碳和高稳定性的固体产物。同一植物不同部位制备的生物质炭的性能往往具有较大差异,本论文以胡麻为研究对象,以KOH、H₃PO₄为活化剂,对胡麻不同部位(杆、皮、根)进行活化,采用水热炭化法、活化法、炭化-活化法制备生物质炭材料,将产物用于吸附溶液中的罗丹明B(RhB)和亚甲基蓝(MB),进一步评价其吸附活性。利用XRD、SEM、TG-DSC、N₂-BET、UV-Vis等对产物的性能进行分析,探究炭化温度、活化温度以及活化剂种类对生物质炭性能的影响。比较不同条件下制备生物质炭材料的微观形貌、比表面积、孔径以及产率。以胡麻杆为原材料,磷酸为活化剂,炭化温度200 ℃,活化温度820 ℃时,制备的生物质炭孔径分布均匀、数量较多、断面呈管状,且其表面积最高,可达1 247.63 m²/g。该产物对RhB和MB都表现出了良好的吸附能力,在接近1 h时,10 mg/L的RhB溶液就已经全部褪色,吸附率高达100%。     

生物质热解炭化反应设备研究进展

生物质热解炭化技术作为生物质能源开发利用的一种重要途径,已经得到国内外广泛关注。文章介绍了生物质热解炭化反应设备的两大类型,即窑式炭化炉和固定床式热解炉。详细论述了各种典型设备的结构特点和适用范围,认为与窑式炭化炉相比,固定床式热解炭化炉炭化周期短、对生物质原料适应性和可操作性更强、产炭品质更有保障。最后指出了高效、稳定、机械化是生物质热解炭化设备未来的研究和发展方向。     

生物质炭的制备和应用研究

综述了利用农业废弃物制备生物质炭的研究进展,对不同制备原料的性质、特征,不同制备条件,如炭化、活化温度、活化类型,以及应用等进行了介绍,讨论了不同的农业废弃物制备生物质炭的最佳条件及不同用途,并展望了未来生物质炭制备和应用研究的前景。利用可再生的、廉价的农业废弃物制备生物质炭,不仅具有经济效益,还达到了保护环境、节约资源的目的。     

生物质热解炭化及其资源利用进展

生物质能源是一种可再生的清洁能源。介绍了生物质热解炭化的技术方法,以及生物质炭资源化利用的进展,以期为生物质的资源化利用提供参考借鉴。     

木质纤维素类生物质水热炭化机理及水热炭应用进展

通过水热炭化方法 （HTC）制备纤维类生物质炭材料，是当前废弃生物质高值化处理的一种方式。生物质具有种类繁多、结构复杂的特点，在不同的水热条件下涉及水解、降解、聚合等复杂反应。制备的水热炭性质如形貌、孔结构、表面官能团分布等受原料物理化学结构和水热反应条件影响较大，而水热炭的性质直接影响水热炭的应用。木质素炭化需要较高的水热强度，生成的水热炭石墨化程度和稳定性更高，可应用于导电、耐高温材料等领域；纤维素、半纤维素相对于木质素炭化温度低，更易形成多孔结构，获得更高的比表面积。另外二者因富含羟基，制备的水热炭表面具有丰富的含氧官能团，有利于通过静电吸附、离子交换等过程实现污染物吸附，进一步应用于环境治理等领域。水热温度主要影响炭化程度和水热炭得率，而水热时间则对水热炭形貌具有更明显的作用。通过改性可以定向调控水热炭性能，扩大其应用领域范围。为明晰不同条件下水热炭的结构变化，本文综述了纤维类生物质的种类、原料组成及水热条件对水热炭结构的影响，深入分析了水热炭生成机理，探讨了生物炭改性方法，归纳了生物炭在不同领域的应用并展望了未来的发展方向和前景，为生物质基水热炭研究提供参考。     

废弃生物质水热炭化技术及其产物在污水处理中的应用进展

生物质炭化技术是生物质资源化利用的新兴技术。它主要是将生物质通过炭化固定为稳定态的炭,从而形成新型的生物质炭产品。简要介绍了生物质炭化技术,重点介绍了农林废弃物、餐厨垃圾、畜禽粪便、剩余污泥等含水率较高的废弃生物质水热炭化制备生物质炭的研究进展,并探讨了水热生物质炭在含有机物、重金属及阴离子的废水处理中的应用,展望了生物质水热炭化技术的前景。     

铸型炭化法制备多孔炭材料的研究进展

铸型炭化法开辟了多孔炭材料制备研究的一个全新领域,近年来已成为能够最有效控制多孔炭材料结构的方法。本文概述了传统方法制备多孔炭材料的不足,重点综述了以硅胶、黏土、沸石和中孔硅分子筛为铸型制备多孔炭材料的最新研究进展,展望了铸型炭的应用前景,最后指出了铸型炭化法在制备多孔炭领域尚待开展的研究工作。     

Fuel gas from a wood waste carbonization reactor

The production of fuel gas from wood wastes in a full scale carbonization reactor of simple design was studied. The production of methane and the approach to equilibrium to the water-gas shift reaction were experimentally correlated with the operating conditions. The heating value of the gas produced is comparable to that of typical air blown coal and biomass gasifiers, and may be improved by pre-drying the solid feed and by operating the reactor at lower temperatures.     

Effectiveness of Biochar from Hydrothermal Carbonization of Wetland Biomass for Sorption of Ammonia

The aim of this study is twofold: firstly, to characterize the biochars resulting from the hydrothermal carbonization (HTC) of different types of wetland biomass and, secondly, to assess their potential for ammonia removal in aqueous solutions. The chars produced were carbon rich. The adsorption experiments indicated that hydrothermal treatment improved the ammonia removal efficiency rate, and loaded adsorbents were regenerable. Using an HTC char of reed as adsorbent has several advantages: it has the highest adsorption performance, the highest char yield, and the greatest affinity for regeneration.     

炭化过程对聚丙烯腈基活性中空炭纤维性能的影响

聚丙烯腈(PAN)中空纤维在空气中250℃预氧化2 h后,在氮气气氛中炭化,得到PAN基中空炭纤维(PAN-CHF),再在二氧化碳气氛中活化,得到PAN基活性中空炭纤维(PAN-ACHF)。考察了炭化温度和炭化时间对PAN-CHF的收缩率、PAN-ACHF的收缩率、活化收率、比表面积和吸附性能的影响。结果表明:炭化温度为1 000℃时,PAN-CHF和PAN-ACHF的收缩率相同;炭化温度为900℃时,PAN-ACHF的比表面积最大,吸附性能最好,炭化时间对PAN-CHF和PAN-ACHF的收缩率影响不大,但活化收率随炭化时间延长呈上升趋势,比表面积先增后降,炭化时间为60 min时达到最大,其吸附量最大。     

Physicochemical properties and structural evolutions of gas-phase carbonization chars at high temperatures

The gas-phase carbonization chars from hydrocarbons with low molecular weight (anthracene oil and petroleum ether) were prepared using a drop tube reactor at 1000-1200 °C, and their physicochemical properties and structural evolutions (elemental composition, carbon crystallite structure, surface morphology, pore structure and chemical composition of volatile matters) were mainly investigated. The chars obtained in the high temperature region, which appeared with high C/H atomic ratio and poor carbon crystallite structure far from natural graphite, could be used as high carbonaceous materials. The chars were composed of uniform spherical particles with a continuous pore size distribution. The average pore diameters of the chars were much smaller and in the rage of 5.0-8.7 nm. The increasing carbonization temperature led to an initial increasing and a sequent decreasing of specific surface areas from mico-meso-pores and an increasing of those from meso-macro-pores in the chars. The volatile matters in the chars were composed of an easily-extracted fraction (CS₂-soluble compounds with three to six aromatic rings) and a hard-extracted fraction (CS₂-insoluble compounds with higher aromaticity). The elevated carbonization temperature led to diminish the two volatile fractions. A liquid core formation mechanism was proposed to explain the gas-phase carbonization process of hydrocarbons.     

碳化法制备酚醛树脂基微滤碳膜

以高含碳热塑性酚醛树脂为原料,通过碳化制备了酚醛树脂基微滤碳膜,考察了碳化条件,包括碳化终温、升温速率、恒温时间和保护气流速对膜的平均孔径、孔径分布和气体透量的影响. 对碳膜进行了CO2活化处理,考察了活化条件对碳膜性能的影响. 用热重分析考察了碳膜碳化失重,用泡点法测量了其孔径分布. 实验结果表明,随着碳化终温的升高,碳膜的平均孔径和气体透量均减小,当碳化终温从650℃升高到950℃时,碳膜的平均孔径从0.61 mm下降到0.54 mm,气体透量从1.84′10-5 mol/(m2×s×Pa)下降到1.14′10-5 mol/(m2×s×Pa). 350℃碳化温度得到的碳膜爆破强度最低,随着碳化温度的升高爆破强度增加. 升温速率、恒温时间和保护气流速对碳膜性能影响不大. 活化导致膜孔径变大,当CO2浓度从12.5%增加到50%时,碳膜的平均孔径从1.54 mm增大到1.96 mm,气体透量从7.0′10-5 mol/(m2×s×Pa)增大到1.68′10-4 mol/(m2×s×Pa).     

水热炭化制备污泥生物炭的碳固定

采用水热炭化法将市政污泥与印染污泥在不同的水热温度下制备成生物炭,并着重分析了污泥生物炭的碳固定指标与水热温度的关系。结果表明,污泥泥质和水热温度对生物炭碳固定特性影响明显。市政污泥的水热炭化以脱羧为主,而印染污泥则以脱水为主。随着水热温度升高,两种生物炭中碳元素含量、炭产率和碳回收率均下降,但市政污泥生物炭中稳定碳的含量及其产率增加,稳定性提高,而印染污泥则呈现相反的变化趋势。这一结果指出,市政污泥生物炭的碳固定性能明显优于印染污泥,并且应进一步研究不同污泥泥质特征与炭化碳固定效果的关系。     

化学添加剂在制备煤基活性炭中的作用与比较

采用添加化学药品ＫＯＨ和ＺｎＣｌ２的方法控制煤炭化过程和炭化物结构性状,以生成各向同性的炭素前驱体,并制备出优质活性炭     

城市污泥/褐煤共水热碳化产物的热化学转化特性及规律研究

污泥和褐煤通过共水热碳化预处理以制备高品质固体燃料，为污泥和低阶煤的有效处理提供了一种可行方案。本研究主要考察了城市污泥（SS）和褐煤（LC）在不同温度下（120，180，240和300℃）进行共水热碳化制得的固相产物（水热炭）的热化学转化特性和规律，包括燃烧、热解和半焦CO₂气化过程，并分析了这些过程中的协同作用。结果表明，共水热碳化预处理对城市污泥和褐煤的热利用行为有显著影响。一方面，共水热碳化处理后的水热炭相对其计算值具有更高的产率、煤化程度、热值等，同时具有更低的灰分含量。另一方面，混合物水热炭在燃烧、热解和半焦CO₂气化过程均表现出一定的协同作用（促进燃烧和热解行为，降低气化活性），且水热温度在240℃附近时，这种作用最为明显。鉴于热解和气化过程的协同效果均低于燃烧过程，共水热碳化产物被认为更适合用于燃烧。这些发现表明，将共水热碳化改性提质处理与后续热化学工艺相结合，对于能源的产生和有机废弃物的利用都有一定的积极意义。     

蔗糖基硬碳负极材料的制备及性能研究

首先在惰性气体条件下对蔗糖进行了交联稳定化处理，然后以交联后的蔗糖为硬碳前驱体，在惰性气氛及高温条件下进行了碳化处理，并探究了稳定化处理温度、时间、碳化温度对硬碳材料性能的影响，结果表明蔗糖经稳定化及碳化处理后可得到椭球形的硬碳材料，200~250℃稳定化处理60h后淀粉交联效果最佳，碳化温度为900℃时硬碳材料的首次放电比容量能达到390mAh·g^-1。