一种太阳能光热蒸汽便携灭菌装置的设计

设计了一种基于生物质碳微球界面加热的太阳能光热蒸汽便捷设备,可用于野外医用器械灭菌以及蒸馏水制备等情形。装置创新性采用生物质材料碳化作为吸收体,同时引入菲涅尔透镜提高光聚焦,其原理是利用环境友好型碳微球漂浮于水界面进行光热转换,产生光热蒸汽。这样不仅比传统电力灭菌设备更节能,而且具有制作成本低、易回收、光能利用率高、杀菌周期更短、节约资源、性能稳定可长期使用等优点,可为推广使用更加节能、便捷的蒸汽灭菌设备提供借鉴,保证野外医疗废物被有效彻底处置。     

生物质燃料的燃烧与热解特性

根据实验研究得出生物质的燃烧和热解特性：生物质的燃烧过程分为四个阶段，即生物质的脱水，生物质热解和挥发物燃烧，挥发物的燃烧与固体碳表面燃烧并存，固体碳的表面燃烧。不同生物质的放热规律类似。第一个燃烧峰的放热面积小于第二个峰的面积。挥发物的燃烧速率比碳化物质快。生物质的纯热解过程有三个阶段，即脱水、热解和碳化。     

生物基材料应用于界面光热水蒸发系统的研究进展

太阳能驱动界面光热水蒸发技术是一种新型绿色节能的清洁水再生技术。光热转换材料作为关键组成部分,具有重要的研究意义。其中,生物基光热材料因其丰富性、生物可降解性、低导热性、天然独特的结构以及成本低廉等特点,引起广泛研究关注。旨在展望基于生物基材料的界面光热水蒸发技术发展趋势,该文首先介绍了界面光热水蒸发系统基本机制,根据材料来源详细综述了生物基光热材料的类型,对生物基界面光热水蒸发系统结构进行简要论述。最后,针对目前生物基界面光热水蒸发系统的研究现状进行总结并展望了未来几个重点研究方向。     

温度对玉米秆烘焙及热解的影响

为了研究生物质烘焙后冷却速度对其表面形貌及后续热解产生的影响,以不同温度（200、230、260、290 ℃）对玉米秆进行烘焙,并用快速冷却（TF）与缓慢冷却（TS）两种方式进行降温处理。采用扫描电镜（SEM）观察烘焙前后样品的表面形貌发现,TS样品表面相比同一烘焙温度下TF样品及原样表面更加疏松;将烘焙前后样品放入热重分析仪中进行热解实验得出,随着烘焙温度的升高,样品的最大失重速率总体呈下降趋势;同一烘焙温度下,TS样品与TF样品的最大失重速率相差不大,290 ℃烘焙温度下TS样品的最大失重速率最慢,为2.94%/℃;在200、230、290 ℃烘焙温度下TS样品的热解活化能均小于TF样品,260 ℃时则相反,且其TS样品的活化能最高,达到100.43 kJ/mol。     

联合CO2捕集的生物质化学链气化制备合成气系统分析

本文提出以Fe₂O₃为载氧体、以CaO捕集CO₂的生物质化学链气化系统,利用Aspen Plus软件对该系统进行了模拟,以合成气组成（干基）、合成气氢碳比、含碳产物的碳摩尔分布、冷气效率及收率等为系统性能评价指标,重点分析了燃料反应器温度（T_FR）、载氧体Fe₂O₃与生物质碳摩尔比（Fe₂O₃/C）、水蒸气与生物质碳摩尔比（Steam/C）、CaO与生物质碳摩尔比（CaO/C）等系统参数对固体生物质化学链气化系统的影响。结果表明,在T_FR = 825℃、Fe₂O₃/C = 0.5、Steam/C = 0.71和CaO/C = 0.26条件下,合成气制备系统性能较优,合成气中H₂和CO₂含量分别为55.2%和15.4%,氢碳比为1.93,冷气效率为78.2%,被CaCO₃捕集的生物质碳为18.2%,收率（湿气基）为1.95 Nm³/kg_biomass,其中合成气中H₂和CO收率为1.24 Nm³/kg_biomass。     

甲烷/空气扩散火焰中碳烟颗粒的三维形貌演变

采用热泳取样技术获取了甲烷/空气扩散火焰中不同高度的碳烟颗粒,并通过原子力显微镜研究了碳烟颗粒的三维形貌随火焰高度变化的演变规律.研究所选高度下碳烟微粒的三维形貌反映出了碳烟微粒在扩散火焰中形成的各个过程,即成核、表面生长、团聚和氧化.当火焰高度HAB从30,mm增加到45,mm时,单碳烟粒子平均粒径从8.72,nm增加到11.36,nm;当HAB45,nm时,单碳烟粒子平均粒径逐渐降低;单碳烟粒子的球度比主要分布在0.01~0.30之间,表明这些碳烟粒子的碳化程度较低,呈类液态;球度比随着颗粒体积当量直径的增加而增加,且随着HAB的增加球度比随体积当量直径的增加速率变快,说明单碳烟粒子碳化程度与颗粒大小和火焰高度相关.     

快速降压环境下盐水液滴蒸发过程的传热传质研究

采用VOF（Volume of Fluid）自由表面捕捉方法对盐水液滴蒸发过程中气液界面进行追踪,建立了降压环境下单个盐水液滴的蒸发模型,并通过盐水液滴蒸发的实验数据验证了此模型。通过对盐水液滴在相变过程中的形态变化以及传热传质特性的分析,研究了液滴内部温度、速度、蒸汽分布以及液滴形态等随时间的变化情况,分析了影响盐水液滴降压蒸发过程的主要因素。结果表明：在降压蒸发过程中液滴形态变化和环境中蒸汽的分布会随速度场的变化而变化;蒸发过程中初始盐组分质量浓度越大的液滴蒸发速率越缓慢,最终能达到的液滴最低中心温度越高,且液滴中心温度回升速度越慢、回升时间也越晚;液滴初始温度对蒸发速率影响较大,初始温度越高,表面蒸发速率越快,液滴中心温度回升速度越快。     

秸秆燃烧过程中KCl分压蒸发模型的建立与应用

为了研究秸秆燃烧中钾（K）类无机物的逸出特性,计算其逸出速率,利用X射线荧光能谱仪（XRF）和X射线衍射仪（XRD）分析玉米秸及其低温灰中K的化学形态,利用同步热分析仪（STA）研究秸秆及其灰中主要K类无机物在高温过程的逸出特性,建立KCl在多孔介质中逸出和在熔融相中分压的蒸发模型,并应用模型计算秸秆灰中KCl的蒸发速率。结果表明：秸秆低温灰中的K主要以KCl、K₂SO₄形态存在,两者约占灰总量的13%;常用燃烧温度下,KCl主要以蒸发形式逸出;KCl与K₂SO₄的共熔,可降低KCl在熔融相中的蒸气压;秸秆灰中KCl蒸发速率的计算值与实验值吻合良好。     

生物质循环流化床飞灰烧失特性研究

选取2家典型生物质电厂除尘器处的飞灰,通过热重-傅里叶红外光谱联用（TG-FTIR）、X射线荧光光谱（XRF）、能谱（EDS）和X射线衍射（XRD）等分析手段,对飞灰的成分及其在高温下的失重特性进行研究。研究发现,生物质飞灰的高温失重机理较为复杂,在空气中加热时,碱金属氯盐的蒸发从380 ℃开始缓慢进行,600 ℃以下主要进行未燃碳的燃尽与碳酸镁的分解;600~750 ℃主要进行碳酸钙的分解;750 ℃后蒸发速度迅速上升,直至950 ℃完全蒸发;950 ℃以上发生矿物质的玻璃化反应和碱金属硫酸盐的蒸发。鉴于目前电力行业和ATSM对生物质飞灰含碳量的测试结果均不准确,该根据生物质飞灰的烧失机理,提出更加精确的氮气和空气气氛下600 ℃烧失量之差含碳量测试方法。     

一种聚光光伏-光热耦合海水淡化系统的设计

设计了一种聚光光伏-光热(C-PV/T)耦合海水淡化系统,将常规闪蒸与多效蒸发相结合,利用C-PV/T提供海水淡化过程中海水蒸发所需的热能与动力部件所需的电能,解决了传统海水淡化过程需消耗大量常规能源及产水量相对较低的问题;并研究了光伏组件表面温度、槽式抛物面聚光器的聚光倍数、海水流量和海水的出口温度光伏组件发电功率、海水热量及淡水产量的影响。研究结果表明:在槽式抛物面聚光器的聚光倍数为40倍、海水流量为0.40 kg·s~(-1)时,海水出口温度为78℃,此时系统的产水量较高且经济性好。     

Carbonized tofu as photothermal material for highly efficient solar steam generation

The invention of solar steam generation has high energy conversion efficiency and long-term service cycle, which is crucial for the actual desalination and sewage treatment. Herein, we first time report the fabrication of low-price, long-lasting, and durable-based carbonized tofu (CT) as photothermal materials for highly efficient solar steam generation. On account of super-hydrophilic wettability and abundant pore, CT shows good performance in transporting water rapidly, combined with its many characteristics such as high light absorption (90%), low heat conductivity (0.093 W m⁻¹ K⁻¹). CT fulfills a high rate of evaporation (1.65 kg m⁻² h⁻¹) and conversion efficiency of 87.26% under 1 sun irradiation. Importantly, after 25 days of salt tolerance test, although CT has crystallization on the surface, but can be reused after soaking in water. CT demonstrated excellent salt tolerance and robustness, which shows immeasurable application potential in seawater desalination and wastewater treatment.     

活化剂种类对生物质活性炭理化特性的影响

采用KOH、K2CO3和ZnCl2为活化剂,椰壳、竹子、杨木和棉秆为原材料制备活性炭,研究不同活化剂对生物质热解活化产物及活性炭理化特性的影响.结果表明,KOH活化时,生物质的固液气三相比例均衡,CO体积产量最高,活性炭的表面官能团稳定性最好,骨架破碎,微孔结构发达,微孔面积可达749.90 m2/g.K2CO3活化时...     

Shaddock peel derived nitrogen and phosphorus dual-doped hierarchical porous carbons as high-performance catalysts for oxygen reduction reaction

Oxygen reduction reaction (ORR) plays a key role in the application of fuel cells. Here, we used shaddock peel to fabricate a set of N, P dual-doped hierarchical porous carbons, abbreviated as NPSPs, where the carbons were carbonized, activated and dual-doped via a simple one-step pyrolyzation. Contrast results indicate the contents of pyridinic-N, graphitic-N and P–C species increase with the rising of temperatures, and the temperature also affects the degree of graphitization, surface area, morphology, thus influences the ORR performance. More importantly, the NPSP-900 demonstrates an outstanding ORR activity with a comparable half-wave potential (0.83 V vs. RHE) and higher current density with respect to commercial Pt/C, following 4e transfer pathway. Our work illustrates that NPSP-900 is a promising cathode for fuel cells because of its simple preparation, waste utilization, excellent ORR performance, good methanol tolerance and superior stability.     

太阳能中温闪蒸海水淡化系统产水性能研究

为提高系统产水性能并降低内部结垢,提出一种由非跟踪复合抛物面聚光器加热导热油至100 ℃以上作为供能热源,采用喷雾辅助闪蒸的海水淡化系统。实验研究实际天气中,不同太阳辐照度下进水口温度、进水流量对系统产淡水性能的影响。采用密封压力桶可将进水口温度升至沸点以上,最高可达123 ℃。太阳辐照度波动较大时,进水口温度保持稳定,系统可稳定运行。进水口温度对产水速率影响显著,平均进水口温度从100 ℃升至120 ℃时,产水速率提高47.61%。当进水流量为50 kg/h,压力维持在0.045 MPa时,系统产水速率最大,日累计淡水产量可达11.14 kg/（d·m²）,小时效率为81.45%,单级生产率为9.15%。     

单釜间歇式生物质炭化热解设备的结构设计研究

针对当前生物炭生产设备仍以半机械化为主,生产连续性差、生产效率低、物料堆放松散不平、秸秆炭化不均匀等问题,提出一种生物质单釜间歇式炭化设备,通过选择热解参数以及热工计算,采用棉花秸秆原料进行炭化试验,获取现有技术条件下的炭化得率质量分数为45%,气体为CO₂（50.2%）、CO（28.1%）、H₂（7.2%）、CH₄（6.9%）和其他（7.6%）,其中CO、H₂、CH₄作为主要燃烧成分占气体总质量分数的42.2%,可实现设计目标、提高炭化得率。     

Experimental study of a solar desalination pond as second stage in proposed zero discharge desalination process

This work represents the efficiency of a solar desalination pond as a second stage of proposed zero discharge desalination processes to reach fresh water and also concentrated brine from the effluent wastewater of the desalination unit of Mobin petrochemical complex. So a solar desalination pond is constructed after a pretreatment unit to concentrate the softened wastewater to about 20 wt%. The concentrated wastewater is as a suited feed for a forced circulation crystallizer. During one year, the effects of major parameters such as ambient temperature and solar insolation rate are investigated, experimentally. specific gravity in each layer of concentrated brine wastewater is evaluated. Also, evaporation rates are calculated theoretically and are verified by experimental data. Theoretical values predict evaporation rate accurately. Results show good agreement with experimental data. According to results, maximum evaporation rate is 5 l/m² day when the insolation rate is about 24,602 kJ/m² day Solar energy absorption factor on June is max. Also, experimental results show the best proposed time to gain highest thermal energy is on spring therefore performance efficiency of solar desalination pond promote on spring comparing with the other months. Extracted data for specific gravity prove the bottom of solar desalination pond, layer 1, is best zone for energy saving and energy utilization.Also, theoretical values of evaporation rate are calculated according to measured temperatures and related mass conservation equation. Comparison between theoretical and experimental values shows dusty weather, humidity and wind velocity affects on heat transfer coefficients approximately. So, deviations between theoretical data and measured values can be explained. Results show good agreements with experimental data.     

复合抛物面聚光太阳能加湿除湿脱盐系统研究

为提高装置热利用效率,减少外部换热环节减少热损失、减少盐垢、提高集热器使用寿命,研究一种利用复合抛物面聚光器（CPC）为系统供能,建造小型太阳能海水淡化系统。实验研究发现：在系统稳态条件下,系统产水量一天可达7908 g,最高小时产水量在12:00达861 g/h,脱盐率达99.9%以上,瞬时系统装置性能GOR（gained output ratio）最高为1.14,最高瞬时有用能为1114.9 W,在太阳辐照度达到最高1072 W/m²时,此时加湿箱湿度达到最大湿度为97%,11:30—16:00加湿箱湿度一直在90%以上。     

秸秆燃烧中钾逸出的几种模型的对比

为研究生物质燃烧中钾逸出模型的异同,针对现有几种常见的蒸发和动力学模型编写钾逸出速率的计算程序,并结合秸秆灰在同步热分析仪中的实验对各模型进行对比分析。结果表明：1）蒸发模型和张/曹的动力学模型都能较准确地预测秸秆中钾的逸出随温度变化的规律。2）Peters模型的最大值出现时刻向低温处偏离,而Fatehi模型的向高温处偏离。3）蒸发模型在以高升温速率（30和50 ℃/min）升至900 ℃时,与实验吻合最好（相对误差<20%）。该模型物理实质清晰,但由于未考虑钾盐之间的相互作用导致预测值略大于实验值。4）各动力学模型和实验表明,在900~950 ℃内秸秆中钾含量及升温速率的影响大于终温对钾逸出速率的影响。