电石渣对煤泥热解过程中硫释放特性及动力学的影响

热解是煤泥资源化利用的重要途径，硫的控制是煤泥热解利用的重要环节。为探究电石渣对煤泥热解中硫释放特性的影响，采用非等温热重分析法，利用Setaram Setsys同步热分析仪在N₂气氛下研究了煤泥原样及电石渣添加量(电石渣在电石渣煤泥混合物中的质量分数)分别为10%,20%,30%,40%,50%的电石渣煤泥混合物在0℃～1 000℃的热解特性，并利用Coats-Redfern积分法对热解过程进行了动力学分析，获得了反应级数、活化能和指前因子等动力学参数。同时采用等温热分析法，利用管式炉固定床反应器，对煤泥原样及电石渣添加量分别为10%,30%,50%电石渣煤泥混合物在550℃,650℃,750℃和850℃下恒温热解的硫释放规律进行研究，并利用Labinao硫释放反应动力学模型分析，获得了样品热解过程硫的释放动力学特征。结果表明：随着电石渣添加量的增加，电石渣煤泥混合物最大质量变化速率明显提高，从0.57%/min显著升高至2.49%/min,电石渣促进煤泥热解挥发分的释放；随着温度升高，硫的释放逐渐升高，样品中无机硫逐渐从FeS₂分解为Fe...     

碱土金属氧化物基催化剂催化热解生物质研究进展

快速热解是生物质高效转化利用的重要方法之一,然而其目标产物生物油因含氧量高、组分复杂等不足而难以直接利用。通过在热解体系中引入碱土金属氧化物基催化剂,可以将热解产物中的氧元素以CO₂和H₂O等方式脱除,从而实现生物油品质的提升。总结了典型碱土金属氧化物基催化剂对生物质催化热解过程中发生的酮基化、羟醛缩合、开环和侧链断裂反应及机理,讨论了催化剂类型（CaO、MgO、基于碱土金属氧化物的分子筛和活性炭等）、生物质原料、温度、催化剂用量、停留时间、催化方式、催化剂失活等因素对生物油产率与品质的影响,并对生物质催化热解制备高品质生物油及其应用进行了展望。     

富含零价钴活性位点的钴氮碳/活性炭设计及甲醛催化氧化应用研究

具有低成本、高效率的挥发性有机化合物(VOC)氧化催化剂对于环境保护至关重要。钴-氮-碳(CoNC)材料由于其高度分散的Co与氮配位形成CoN_x后可较好地进行氧物种的活化,在光催化、电催化氧化领域表现出超高的催化活性。但目前将CoNC催化剂应用于甲醛催化氧化尚未得到广泛研究。合成了钴氮碳/活性炭(CoNC/AC)系列催化剂,通过控制热解温度调节CoNC/AC表面的化学组成和活性位点分布,在700℃下获得的CoNC/AC催化剂在25℃下可实现70 mg·m^-3 HCHO 95%的转化率,3300 h稳定性测试发现催化剂HCHO转化率依然稳定在90%左右。与贵金属相比,过渡金属CoNC/AC催化剂具有出色的HCHO去除能力和低成本的优势。此外,通过相关性分析和原位红外揭示了CoNC/AC催化剂上的HCHO去除机制,表明HCHO分子可以与吸附在0价Co位点的O₂反应,在室温下生成CO₂和H₂O(CH₂O→HCHO₂→CHO₂     

油墨渣热解特性及其热解工艺

利用管式热解炉对PCB油墨渣进行了热解实验,结果显示油墨渣在450℃左右即可实现热解。热解所产生的热解气和热解焦油具有较高的经济价值。根据实验结果设计开发了一套利用过热蒸汽作为载热工质的直接接触热解装置。油墨渣经无氧热解后减重85%以上,减容90%以上。热解产生的热解气经检测其热值在20MJ/Nm³左右,可为产废企业节约油墨渣处理成本50%～80%。     

糠醛渣热解特性及热解挥发产物对其燃烧烟气原位控氮作用

通常,具有高含氮资源禀赋生物质在能源化利用过程中需控制NO_x排放。解耦燃烧是可适用于高含水、高含氮燃料的低NO_x燃烧技术,其对NO_x生成的抑制效果优于其他燃烧技术。为揭示解耦燃烧中热解挥发产物的原位控氮潜力、发展双流化床解耦燃烧技术,以糠醛渣为原料,借助固定床装置和双流化床装置,分别开展其热解特性和双流化床解耦燃烧近实际工况模拟研究。具体地,首先在固定床反应器中考察糠醛渣在不同温度下的热解产物分布,继而借助双流化床反应器考察了热解在线挥发产物对热解半焦同步燃烧烟气中NO_x的还原效果。结果表明：在500~700℃热解温度区间内,随温度的升高,半焦产率逐渐减少,从45.2%下降到39.8%;气体产率呈明显上升趋势,从12.4%上升到22.5%,CO、CH₄、H₂等还原性组分产率增加显著;焦油产率略有降低,从15.9%降低到12.9%;水分产率变化不大。双流化床解耦燃烧实验中,糠醛渣热解挥发产物对热解半焦同步燃烧所产烟气控氮效果良好,热解挥发产物对半焦燃烧烟气NO_x减排效果主要受热解温度、二次风占比影响,总过量空气系数ER=1.3,热解温度600℃、二次风过量空气系数ER₂=0.5时,糠醛渣热解挥发产物对相同热解条件下生成的半焦燃烧（900℃,过量空气系数ER₁=0.8）所产烟气原位控氮效果达到最优,NO_x减排率为54.80%。这表明,可通过控制热解挥发分产物产率、氧化程度,充分发挥挥发分的NO_x还原能力,从而明显改善解耦燃烧原位控氮效果。     

生物质/塑料共催化热解过程中HZSM-5失活分析

利用管式炉热解装置进行HZSM-5在线共催化热解玉米秸秆/高密度聚乙烯过程中的循环和再生利用实验,对玉米秸秆进行酸洗预处理,考察原料酸洗预处理对HZSM-5催化性能的影响。采用GC-MS（气相色谱-质谱联用仪）对生物油的化学组成进行分析,并对反应前、反应后以及再生催化剂进行TG（热重分析）、ICP-MS（电感耦合等离子体发射光谱仪）、SEM/EDS（场发射扫描电镜）、BET、NH₃-TPD（程序升温脱附技术）等表征分析。研究表明,HZSM-5催化玉米秸秆/高密度聚乙烯热解的主要产物为芳烃,随着催化剂重复利用次数的增加,芳烃含量逐渐降低,催化剂的比表面积、孔容、酸性等也随之降低,说明催化剂的活性逐渐降低;原料经酸洗预处理后有利于热解中间体的生成,加速了催化剂的结焦失活速率;催化热解酸洗玉米秸秆/高密度聚乙烯的催化剂经焙烧再生后其活性基本恢复至原有水平,而催化热解未处理玉米秸秆/高密度聚乙烯的催化剂再生后其活性有所降低,碱/碱土金属在HZSM-5催化剂上发生累积,从而引起酸性位点“中毒”失活,而原料经酸洗预处理后可有效降低催化剂上碱/碱土金属的累积量,有利于延长催化剂的使用寿命。     

藻渣热解特性及动力学分析

通过热重实验研究N₂气氛下升温速率对索氏提脂后的小球藻热解特性的影响,利用管式炉在N₂气氛下快速热解实验得出：在400℃时,小球藻热解转化率最高,生物油产率达57.6%,热解气为10%。采用等转化率方法FWO和KAS法对藻渣热解动力学进行分析和比较,结果表明：藻渣热解的主要热解阶段为25～800℃,可分为3个阶段,藻渣的DTG曲线存在两个失重峰,且随着升温速率提高,TG和DTG曲线都向高温区偏移,最大失重速率和残余固体质量都增加。N₂气氛条件下藻渣的主要热解阶段表观活化能和指前因子分别为228.46 kJ/mol和2.49×10²¹ min^-1,此阶段下FWO法和KAS法均能很好模拟藻渣热解数据,线性拟合相关系数(R²)均在0.96以上,最佳热解函数为dα/dT=2.49×10²¹/β exp(-228.46/(RT))(1-α)⁸。     

废轮胎热解炭低温催化焦油重整制备富氢气体的研究

以全钢型废旧轮胎为原料,通过热解、活化、浸渍、焙烧的流程制备了三种热解炭催化剂,分别为轮胎热解炭（Raw char）、轮胎热解活性炭（AC）和负载Zn的活性炭（Zn/AC）。采用N₂吸/脱附、SEM、EDS、XRD等表征方法对催化剂进行了一系列表征和分析,发现CO₂/H₂O活化可显著提高催化剂BET比表面积,最高可达380 m²·g^-1,有效改善催化剂表面结构性质,同时浸渍法使催化剂表面负载大量ZnO活性位。对三种催化剂在纤维素热解焦油重整制氢过程中的催化性能进行了研究,发现Raw char（600℃）具有最佳催化效果,相较于空白组（500℃）,热解气中H₂体积分数提高了12.4%,达到19.3%,其次为Zn/AC（500℃）组的17.8%,实现了低温下催化纤维素焦油热解制得高产率H₂。     

热解时间对污泥生物炭活化过硫酸盐的影响研究

污泥热解制备生物炭是一种污泥有效处理处置与资源化利用方法。通过控制热解时间,调控污泥生物炭表面的活性位点,改变过一硫酸盐（PMS）体系中的活性物种组成,可实现环丙沙星（CIP）的高效降解。研究发现,热解温度为700℃、热解时间为120 min时,污泥生物炭具有较高的PMS活化性能,对CIP的去除率近90%。机理探究表明,¹O₂在体系中发挥主要作用。C==O、吡咯氮和—OH位点有利于¹O₂产生,C—O、吡啶氮、晶格氧和Fe位点促进·OH和SO₄^·-释放,石墨氮可促进PMS活化产生SO₄^·-。     

基于MOF衍生制备Pd-CeO2催化剂及其催化氧化性能

为提高负载型Pd基催化剂对低浓度CO氧化反应的催化活性,在金属有机框架(MOF)组装过程中引入Pd,并利用后续热解衍生制备出了Pd-CeO₂催化剂。通过X射线衍射(XRD)、热重分析(TGA)、透射电子显微镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)、氢气程序升温还原(H₂-TPR)和拉曼光谱(Raman)等对催化剂进行了表征,然后在固定床中考评了其催化CO氧化反应的性能。结果表明：基于MOF衍生的制备方法可有效防止负载型Pd-CeO₂催化剂中Pd的团聚和流失,并在热解衍生过程中促使Pd与CeO₂之间产生金属-载体相互作用,提高了表面氧空穴浓度,使得Pd-CeO₂催化剂在162℃下催化CO氧化反应达到90%的转化率。     

污泥热解残渣中重金属形态分布的研究进展

目前,我国城市及工业污水产生量已达7.34×10¹⁰ t/a,对其处理产生的污泥量达7.29×10⁷ t/a。污泥的主要去向为土地利用、焚烧发电和建材利用等。在这些再利用过程中,重金属特别是Cr、Cu、Zn、Ni等对其再利用影响较大。污泥处理多采用热解处理,重金属在处理过程中会富集在热解残渣中。阐释重金属在热解残渣中的形态分布,对于其再利用过程意义重大。本文以改进的欧共体物质标准局(BCR)连续提取法为基础,总结了污泥热解残渣中重金属的形态分布,阐述了热解工况(热解温度、停留时间、催化剂)、共热解及预处理对热解残渣中重金属形态分布的影响,探讨了污泥热解残渣中重金属未来的研究趋势。     

TG-MS联用技术研究木薯渣热化学特性

采用热重分析法和热重质谱联用技术并结合FTIR光谱考察了木薯渣的热化学特性,同时研究了厌氧处理的木薯渣和未经厌氧处理的木薯渣的热失量和气态产物的析出行为,结果表明厌氧处理的木薯渣和未经厌氧处理的木薯渣热解都可以分为3个阶段:水析出阶段(25~200 ℃)、挥发分析出阶段(200~600 ℃)和无机物的分解阶段(600~1 000 ℃),但未经厌氧处理的木薯渣在热解主体阶段有机质释放量高。利用TG-MS联用技术考察了2种原料的热解特性,发现两种木薯渣热解主要析出的气体要是H₂、H₂O、CO、CH₄和CO₂等,且气体生成曲线趋势类似。同时研究不同升温速率和粒径对木薯渣热解过程和氢气产物析出行为的影响,表明升温速率增加,H₂的产率在高温区增加,粒径增大有利于氢气的生成。根据Coats-Redfern积分法计算结果,木薯渣热解主体阶段的可用一级动力学方程描述,升温速率对木薯渣热解的活化能影响不大。     

利用固体磷酸催化热解纤维素制备左旋葡萄糖酮

以SBA-15为载体制备了固体磷酸,将其和纤维素机械混合后进行快速热解制备左旋葡萄糖酮（LGO）。通过Py-GC/MS（快速热解-气相色谱/质谱联用）实验,考察了催化热解温度、催化剂/纤维素比例对纤维素热解生成LGO以及其他产物的影响。实验结果表明,固体磷酸能够抑制纤维素热解形成左旋葡萄糖（LG）等产物,并大幅促进LGO的生成,从而高选择性地获得以LGO为主的热解产物。在热解温度为350℃以及催化剂/纤维素比例为1/1的条件下,可获得最高的LGO产率与相对含量,相对峰面积值高达68.6%。此外固体磷酸还能促进LG脱水形成LGO。     

利用固体磷酸催化热解纤维素制备左旋葡萄糖酮

以SBA-15为载体制备了固体磷酸,将其和纤维素机械混合后进行快速热解制备左旋葡萄糖酮(LGO)。通过Py-GC/MS(快速热解-气相色谱/质谱联用)实验,考察了催化热解温度、催化剂/纤维素比例对纤维素热解生成LGO以及其他产物的影响。实验结果表明,固体磷酸能够抑制纤维素热解形成左旋葡萄糖(LG)等产物,并大幅促进LGO的生成,从而高选择性地获得以LGO为主的热解产物。在热解温度为350℃以及催化剂/纤维素比例为1/1的条件下,可获得最高的LGO产率与相对含量,相对峰面积值高达68.6%。此外固体磷酸还能促进LG脱水形成LGO。     

橄榄废弃物低温热解过程中氯的析出规律

生物质直燃是生物质能利用的主要方式,而含氯化合物的释放则影响了生物质锅炉的结渣与腐蚀。低温热解作为一种有效的预处理手段可以解决由氯化物导致的锅炉结渣、腐蚀问题。利用水平管式炉试验系统,测量了不同热解温度下橄榄废弃物HCl、CH₃Cl等含氯物质的释放情况,分析了不同热解温度下上述污染物的释放规律。通过分析发现：HCl和CH₃Cl是生物质热解过程中氯的主要析出产物,热解温度的升高有助于氯等元素分别向HCl和CH₃Cl的转化,低温热解条件下氯的释放主要以CH₃Cl为主,随着温度的升高,二者的差距逐渐减小,当温度达到400℃时,HCl取代CH₃Cl成为生物质热解过程中主要的含氯气态产物。     

升温速率对污泥-赤泥炭活化过一硫酸盐的影响

将污泥-赤泥复配热解制备催化剂可实现大宗固废的资源化利用。活性位点对活性物种的生成具有重要作用。升温速率可调控污泥-赤泥炭基催化剂(RSDBC)表面活性位点的组成,影响过一硫酸盐(PMS)体系中活性物种的生成。使用10℃/min的热解升温速率制备的RSDBC活化PMS,在120 min内磺胺甲唑(SMX)的降解率可达99.6%。通过N₂吸附脱附、扫描电子显微镜(SEM)和X射线光电子能谱(XPS)等手段对RSDBC进行表征。结果表明,当升温速率在5～10℃/min范围内增大时,比表面积、Fe(Ⅱ)、C=O、吡啶氮和吡咯氮含量均增大。此外,机理探究表明Fe(Ⅱ)、C=O、吡啶氮和吡咯氮可同时促进羟基自由基(·OH)、硫酸根自由基(SO₄^·-)和单线态氧(¹O₂)这3种活性物种的生成,有利于SMX的降解。RSDBC-10/PMS体系中¹O₂为主要的活性物种。     

铁镍复合助剂对煤热解过程中氮迁移规律的影响

为了减少煤炭燃烧过程中NO_x的排放,在管式炉中进行了煤与金属助剂（FeCl₃、NiCl₂）的热解实验,研究了助剂负载量、热解温度、助剂添加方式对氮迁移及N₂产率的影响并且对复合助剂作用机理进行了探讨。结果表明：随着助剂负载量的增加,氮脱除率及N₂产率呈现先增加后趋于稳定的趋势,且负载量以0.8%Fe复合1.0%Ni为最佳。在700~1000℃的热解温度范围内氮脱除率及N₂产率随热解温度的增加而增加。对煤进行溶胀处理添加复合助剂后,氮脱除率及N₂产率要优于未经处理的煤样。铁基助剂与镍基助剂在催化煤热解氮迁移过程中形成互补,铁基助剂的添加增加了镍基助剂的活性,弥补了单助剂的劣势,且复合助剂相比于单助剂有更强的氮脱除效果并且N₂产率达到最高39%。铁镍复合助剂对煤中N-5转化为N₂的催化效果更加明显,因为复合助剂对吡咯的内氢转移和开环有更强的催化作用。本研究能够为煤炭洁净化利用提供理论和实验依据。     

氮掺杂钒钛蜂窝式催化剂低温脱硝性能

为了提升催化剂的低温脱硝性能，利用挤出成型法制备了一系列氮掺杂钒钛蜂窝式催化剂，考察了氮掺杂量对催化剂低温脱硝性能的影响及其稳定性，并通过XRD、BET、SEM、XPS、H₂-TPR、NH₃-TPD和O₂-TPD等分析方法表征催化剂。结果表明：氮掺杂钒钛催化剂的低温脱硝性能显著提高，在140～200℃温度区间催化剂的脱硝性能良好，其中以氮钛摩尔比为0.2的催化剂具有最优的脱硝效果，并在200℃连续72h的稳定性测试过程中，表现出了良好的脱硝稳定性。氮掺杂能够使钒钛催化剂颗粒粒径变小，比表面积和孔容增大，表面V⁴⁺和化学吸附氧O_α的比率增加，表面酸性位点数量增加，使催化剂表面NH₃吸附能力增强，氧化还原能力提高，促进了催化剂低温脱硝性能的提升。     

NiO/HZSM-5催化松木微波热解制生物油

生物质快速热解制生物油是解决能源短缺的有效途径,通过催化剂的加入可使生物油成分定向转化为系列平台化合物,有助于其高效利用。以松木屑为原料,对其进行热重分析并研究了其热解行为。以NiO/HZSM-5为催化剂,在微波功率为800 W,热解时间为12 min条件下对松木屑快速热解,并对产物进行了计重分析和成分分析。结果表明,NiO/HZSM-5的加入能使生物油产量略有提高。对液相产物的GC-MS分析表明,所用催化剂对松木屑热解具有较好的脱氧效果,有利于平台化合物的定向转化,NiO/HZSM-5在微波加热条件下对生物油的产量及提质具有有效作用。     

Fe2O3对甘氨酸热解特性及氮转化的影响

选用污泥中典型氨基酸-甘氨酸（Gly）为研究对象,利用差式热值分析-质谱联用技术（DSC-MS）和固定床实验研究了Fe₂O₃对甘氨酸热解特性、NO _x 前驱物生成规律以及氮转化特性的影响。结果表明：热解特性实验中,由于Fe₂O₃将Gly的第一热失重阶段一分为二,导致其热解过程由2个阶段增至3个;Fe₂O₃使Gly热解起始温度及气体析出温度降低50℃,并通过促进半焦的二次裂解反应使Gly失重率增加23%。与Fe₂O₃对Gly热解过程的影响一致,Fe₂O₃将含N气体析出过程同样分成3个独立的阶段。固定床实验中,在Fe₂O₃/N=0.5时,Fe₂O₃最大程度地抑制了NO _x 前驱物（NH₃和HCN）析出,使其减少30%。由于Fe₂O₃促进肽脱水缩合、环化和芳香化反应,使得更多P-N、N-5和N-6固定在半焦中,半焦氮残留率增加5%。