棉杆热解过程中焦孔隙结构演变及分形特征

为了解生物质热解过程中固体焦孔隙结构的演变行为,采用氮气等温吸附法研究了热解过程中棉杆颗粒孔隙结构的变化规律,并引入分形维数对其进行定量的描述.结果表明,热解过程中棉杆焦孔隙结构微孔与中孔先增多后减少,而大孔比例变化不大.棉杆热解焦的BET比表面积(SBET)随着热解温度的升高,经历了一个先增大后减小的过程,从450℃开始,SBET迅速增大,在650℃时达到最大值,而后逐渐减小.随着热解温度的升高,棉杆焦表面分形维数先增大后减小,表明棉杆焦在热解过程中孔隙表面经历了复杂的结构变化.分形维数与BET比表面积存在一定的关联性,且分形维数能更好地表征热解焦表面孔隙结构特征.     

一种生物污泥热解半焦孔隙结构特性

污泥半焦的孔隙结构是影响热解反应的重要因素之一。该文利用固定床反应器在N2气氛下,温度为300~900℃对一种取自香港的生物污泥进行热解。采用ASAP 2010型比表面积及孔径分布分析仪测定生物污泥热解半焦的比表面积及其孔隙结构,研究污泥半焦的孔隙结构在热解过程中的变化规律。利用分形理论和等温吸附理论对半焦进行分析。试验研究与理论分析表明,随着热解终温的提高,孔隙结构变得发达,孔的种类多样化,总孔容积逐渐增加。比表面积总体呈现增加的趋势,从300℃时的0.72 m2/g增加到900℃时的64.88 m2/g,平均孔径为3.7~8.53 nm。不同温度制得的半焦,孔径分布具有相似的特点,在孔径为4 nm左右出现峰值。表面分形维数随热解终温的提高而增高,从2.539增加到了2.824,表面分形维数的增加,有利于污泥的热解。     

超细化煤粉表面形态分形特征

该文将合山、晋城煤分别制成4种不同粒度的常规煤粉与超细化煤粉进行了试验研究。采用英国Malvern公司的。MAM5004型激光粒度分析仪测定合山煤、晋城煤各4种不同粒径煤样的粒度分布。采用美国：Micromeritics公司的ASPA2000型比表面积及孔径分布分析仪测定煤样的比表面积和孔隙。采用美国LECO公司的CHN600型元素分析与，MAC-500型工业分析仪测定的工业分析与元素分析数据。运用分形理论和等温吸附理论及燃烧原理，分析煤粉颗粒粒度对其表面结构：比表面积，孔容积，孔径分布及其燃烧特性的影响。试验研究与理论分析表明，随着煤粉粒径的减小，煤粉颗粒的孔隙中小孔的数目增多，平均孔径减小，吸附量与吸附表面积增大，表面结构复杂，表面分形维数增高，有利于煤粉颗粒的燃烧。煤颗粒的表面分形维数能很好地反映煤粉颗粒的物理结构特性，并进一步提供有效的煤粉颗粒燃烧特性信息。超细化煤粉具有复杂的表面结构和高的表面分形维数，通过超细化改变煤粉的物理结构，完善燃烧特性，证明超细化煤粉燃烧是一种具有发展潜力与前途的煤粉燃烧新技术。     

热解温度对高水分印尼褐煤半焦孔隙特性及燃烧特性的影响

在不同温度下热解高水分印尼褐煤并对所得半焦进行了氮气等温吸附测试和热重燃烧试验。结果表明:在热解温度为500~750℃的范围内,随热解终温升高,所得半焦的比表面积和总孔容会先减小后增大,并在650℃后基本维持不变;在相同的热解条件下,高水分印尼褐煤半焦的孔隙更加发达;随热解温度升高,半焦的最大燃烧失重速率先减小而后有所增加,在热解温度为600℃时达到最低值;半焦燃烧反应活化能则随着热解温度的增加持续增加。     

燃烧中气化半焦孔隙结构特性变化实验研究

针对工业气化炉二级旋风分离器捕集的气化后半焦,利用高温携带流反应器进行高温燃烧反应特性实验。对1273和1573 K两个温度,5%和20%两个烟气含氧量,在反应器轴向不同停留时间下采得半焦样。采用自动吸附仪(ASAP 2020)测定半焦样氮吸附等温线,对氮吸附等温线形态、BET比表面积及BJH孔容积等孔结构参数进行了分析,并结合分形维数测量和扫描电镜对燃烧过程中气化半焦孔隙结构变化规律进行研究分析。研究表明所采集的半焦样吸附等温线为典型Ⅱ类吸附等温线,高温和较高烟气含氧量对半焦孔隙结构变化有促进作用,半焦燃烧反应中比表面积变化趋势与半焦燃烧反应速率变化趋势相似,后期燃尽速率主要由焦炭本征反应活性决定。     

催化剂对褐煤焦孔隙结构和表面形态的影响

在固定床反应器中对添加了碱金属K、碱土金属Ca、过渡金属Ni和Fe的褐煤进行制焦，采用N2等温吸附法测量各煤焦孔隙结构的表征参数，从而研究催化剂对煤焦的孔隙结构和气化反应性的影响。同时利用扫描电子显微镜分析煤焦表面形态的变化。测试结果表明，原煤焦主要含中、微孔；相对于原煤焦，添加Ca、Ni和Fe后煤焦的孔隙结构向中大孔发展，微孔比表面积减小，中大孔比表面积增大；而K-char的微孔和中大孔比表面积均大幅度减小。原煤焦以及添加Ni和Fe后所制成的焦均具有不规则粗糙表面和直管壁结构2种表面形态。当催化剂添加量达10%时，Ca-char和K-char从具有与原煤焦相同的表面形态发展为仅有粗糙表面形态。K-char和Ca-char的气化反应性随催化剂添加量的增加而增强，但K-char的比表面积随催化剂添加量的增加而减小，Ca-char的比表面积随催化剂添加量的增加先减小后增大。     

油页岩颗粒孔隙结构在燃烧过程中的变化

化石燃料的燃烧特性与其孔隙结构关系密切。采用氮气等温吸附/脱附法对桦甸油页岩及其在850℃条件下燃烧所得到的焦样的孔隙结构进行了测量，并结合油页岩燃烧特性对孔隙结构变化机理进行了分析。油页岩内油母的热解和页岩灰在燃尽阶段熔融变形使得孔容积和内表面积在燃烧过程中经历了减小、增大、再减小的一个复杂变化过程。此外，页岩灰的熔融变形还使得油页岩颗粒内部的孔由均一的具有平行壁的狭缝状孔逐渐变成多形态的孔，使得孔隙分布由主要集中在中孔变成不同尺寸的孔拥有的孔容积相差不大。为提高油页岩燃烧装置的燃烧效率，适当延长油页岩颗粒在燃烧装置内停留时间的同时，更应当减小样品的颗粒尺寸。     

直接预测脱硫剂煅烧产物孔隙分形维数的模型

分形维数是分形几何结构特性的一个重要参数，其反映了几何结构的光滑规则程度，该文在石灰石分解和CaO晶体烧结模型基础上，预测出石灰石分解所生成CaO孔隙的比表面积和孔隙率，以比表面积和孔隙率为参数，根据提出的孔隙分布模型，计算出CaO孔隙中孔容积的分布情况，结合分形介质中孔隙分布与分形维数之间的关系方程，直接预测出石灰在各种煅烧条件（煅烧温度，CO2浓度等）下，分解产物CaO孔隙的分形维数，并进行了实验验证，结果表明：所建立的模型是可靠的，可以对石灰石煅烧产物CaO孔隙结构的分形特性进行预测。     

工业半焦水蒸气活化孔隙结构的变迁

为了进一步改善工业半焦的孔隙结构,增强吸附性能,对两种工业半焦样品进行了水蒸气活化实验并运用PoreMaster-60型孔隙度分析仪对样品活化前后的孔隙结构进行了分析。分析结果表明,工业半焦经过水蒸气活化之后孔隙进一步发展,结构趋于完善合理。两个样品的压汞法分析比表面积和注汞体积分别是活化前的4倍和3倍多;样品经过活化之后微孔容积和比表面积明显增多,孔半径小于10nm的注汞体积百分数较活化前增大一倍多,显示出活化过程的造孔、通孔作用大于扩孔作用。活化样品在孔半径为3nm附近形成孔的密集分布。通过对样品的分形维数进行计算分析表明,工业半焦活化前后均具有分形特征,活化样品的分形特征更为显著,分形维数进一步增大。     

高温还原性条件下煤焦孔隙结构的变化规律

研究了在高温还原性条件下煤焦的孔隙结构的变化规律。煤焦的制备在携带流反应器(entrained flow reactor,EFR)中进行。EFR能够模拟实际煤粉炉火焰区的温度和气相环境。氮气吸附和扫描电镜被用来描述煤焦的结构。由于高温还原性的气氛,气化反应对煤焦颗粒的孔隙结构和形态的影响不可忽略。根据孔隙结构和分形的分析,比表面积、孔容积、平均孔径和分形维数都有相同的变化趋势,并且煤焦的比表面积的变化可以归因于微孔的形成和变化。尽管如此,由于各种因素的存在,煤焦结构的变化规律是很复杂的。扫描电镜的照片显示了煤焦颗粒的不同形态是由于不同的煤显微组织和碳转化率。     

热解温度对神府煤热解与气化特性的影响

采用大容量加压热重分析仪研究了不同热解温度(500, 650, 800 和1 000 ℃)与压力(常压、3 MPa)下神府煤的热解特性,同时采用傅里叶红外光谱仪、比表面积分析仪等分析仪器对所得煤焦的物化特性进行了详细分析。发现高温有利于挥发分的析出,使得煤焦产量快速降低;同时煤焦内C元素的含量快速增加而H含量逐渐减少,同时煤焦内有机官能团的红外吸收也明显减少;煤焦的孔隙表面积和孔容随热解终温的升高先增大后减小,在800 ℃(常压)和650 ℃ (3MPa)取得最小值。热解温度和压力对煤焦的气化活性也有显著的影响。采用常压热重分析仪在1000 ℃下分析了煤焦的CO2等温气化特性。常压热解焦的CO2等温气化活性随温度升高而降低,而加压热解得到的焦有不同的趋势,说明压力和温度对煤粉热解和气化的影响有一定交互作用。     

苎麻基活性炭纤维超级电容器材料的制备

以天然植物纤维苎麻为原料.采用ZnCl_2化学活化法,制备不同活化温度下的活性炭纤维,并组装成超级电容器,通过低温氮气吸附测定了活性炭纤维的BET比表面积和孔结构,发现比表面积随活化温度的升高而减小.电化学测试结果表明经过650℃活化的活性炭纤维超级电容器在50 mA/g恒流放电时比电容达253 F/g,并且具有较低的内阻和较好的功率特性以及较长的循环寿命.     

温度对棉杆热解多联产过程中产物特性的影响

生物质热解多联产是对生物质高值化转化的良好工艺之一。该文研究了温度对棉杆热解多联产过程的影响,主要分析了棉杆热解过程中气、液、固产物的分布特性与物化结构。研究表明随着温度的上升,气态产物增加,焦炭产量降低。采用气相色谱仪分析气体产物的分布特性,CO2主要在250~450℃之间析出,氢气主要在550~850℃之间析出,氢气、甲烷的含量最高为33%、9.8%,其热值可达11MJ/m3。采用气质联用仪分析液体产物的组成特性,液体产率达到40%,水分达到液体组成的60%~70%,液体中有机成分以乙酸、苯酚类物质为主。采用氮气等温吸附实验和傅里叶红外光谱分析焦炭的物理化学特性,随着温度的上升,焦炭的孔隙度先增加后降低,各种官能团逐渐减少;焦炭比表面积、低位热值最大可达到232m2/g、28MJ/kg。     

热解过程中棕榈壳焦的物化结构演变特性

该文主要对生物质热解过程中焦炭物化结构的演变特性与转化机理进行分析研究。在固定床反应器上,以棕榈壳为样品,热解终温从300~1 000 ℃下制得焦炭,采用比表面积和孔径分析仪与傅里叶红外光谱仪等用对不同温度下所得焦炭的物化结构进行深入分析。研究发现煤焦的表面孔隙结构的形成和丰富主要集中在400~600 ℃,随着碳化温度的升高,孔面积先增大后减小,在约600 ℃有较高的比表面积;棕榈壳焦内的有机官能团(C＝O,C-C,C-H,C-O 和 OH等)的断裂和缩合也主要发生在中低温度段,同时固体焦内,碳的含量逐渐增加,而氢元素的含量逐渐减少。     

高浓度CO2气氛下煤粉的燃烧及其孔隙特性

采用热力工况与实际煤粉炉相近的沉降炉,获取了不同环境气氛、不同燃烧温度下的煤焦试样并采用低温氮吸附仪测定了其吸附曲线。实验结果显示,相同的实验条件下,相同O2浓度的O2/CO2气氛下煤焦的燃尽率较低,各试样的孔比表面积和比孔容积均较小,在O2/CO2气氛下所取煤焦试样的分形维数均小于相同O2浓度的O2/N2气氛下所取煤焦试样的分维,表明大量高比热性CO2气体的存在不利于煤焦颗粒燃烧反应的进行及其孔隙结构的发展。同时,吸附等温线及其回线的形态表明,所取的试样具有完整且连续的孔结构体系,孔径范围小至分子级孔,大至无上限孔(相对而言)。研究结果为深入认识O2/CO2气氛下煤粉的孔隙结构与其燃烧特性的关系提供了基础。     

模板法结合溶剂热法制备SnO2多孔球体

采用模板法结合溶剂热法,利用葡萄糖脱水碳化和SnCl4水解制备SnO2负极材料。XRD、FE-SEM及BET分析结果表明:SnO2为四方晶系金红石型结构,由粒径约为15 nm的零维球形纳米颗粒集合形成几何结构完整的三维多孔球体,球体直径约1～2μm,比表面积为36.41 m2/g,平均BJH孔径和孔容分别为15.8 nm和0.211 cm3/g。电化学性能分析结果表明:在0.005～2.000 V循环,SnO2材料的0.1C首次充、放电比容量分别为1 796.7 mAh/g和896.1 mAh/g,从第4次循环开始,库仑效率在90%以上;第30次0.5C循环的容量保持率为66.98%。