生物炭的制备及其对氮肥吸附效果的研究

以玉米秸秆为原材料,分别在350、400、450℃下炭化3 h制备玉米秸秆生物炭(分别命名为B350、B400、B450),利用X射线衍射仪、扫描电镜仪、比表面积及孔径分布仪、红外光谱仪等对材料进行表征,确定材料的相关性能,并探讨其与氮肥吸附的相关性。以平衡实验法研究了溶液pH对生物炭吸附氨氮的影响。实验结果表明:玉米秸秆生物炭B350、B400、B450对氨氮的吸附过程均遵循二级吸附动力学模型,且采用Langmuir方程能更好地描述吸附等温线模型;玉米秸秆生物炭对氨氮的饱和吸附量按从大到小依次为B400、B350、B450,且均为有利吸附;玉米秸秆生物炭对氨氮吸附的最佳pH为8～12。     

典型农林废弃物生物炭制备棒状成型炭工艺研究

为探索经济有效的生物炭成型工艺,文章以胶黏剂种类、胶黏剂添加量、生物炭种类和原料含水量为试验因素,采用高位热值、密度、径向最大抗压应力、抗跌落强度作为评价指标开展正交试验。试验结果表明:以稻壳炭为原料,添加羟甲基纤维素,加水调制后胶黏剂含量为1.0%,原料含水量为30%时,成型炭的抗跌落强度和径向最大抗压应力最大,成型效果最好;从经济性考虑,以稻壳炭为原料,添加糯米粉、加水调制后胶黏剂含量为1.0%、原料含水量为30%为最优方案。     

不同热解温度下稻壳炭的理化特性分析

以稻壳为原料,分别在400,500,600℃条件下热解制备生物炭,通过工业分析和对粒径分布、炭得率、碘吸附值、亚甲基蓝吸附值等指标的测定,以及扫描电镜(SEM)的观察和红外光谱的分析,系统研究了热解温度对稻壳炭理化特性的影响。研究表明,随着热解温度的升高,稻壳炭中的小粒径颗粒所占比例增大;从其组成来看,炭得率和挥发分含量不断降低,而灰分和固定碳含量呈上升趋势。从碘和亚甲基蓝吸附值的变化和扫描电镜观察结果可以看出,随着热解温度的升高,稻壳炭的孔隙结构更为发达。红外光谱分析证实,随着温度的升高,稻壳炭中的官能团数量下降,种类逐渐减少,低温热解所获炭中各类官能团更为丰富。     

醋酸酯淀粉粘结生物质炭基肥抗压及缓释性能研究

为探究粘结剂、成肥条件等因素对生物质炭基肥料性能的影响,文章以松子壳为生物质原料,利用实验室自制的生物质连续热解炭化装置在反应温度为500℃、驻留时间为8 min条件下制备生物质炭,以醋酸酯淀粉为粘结剂,利用圆盘造粒的方式制备颗粒状炭基肥。通过测定颗粒肥料抗压性能及养分释放效果,研究粘结剂浓度、生物质炭颗粒度、圆盘倾角、肥料品种4个因素对生物质炭基肥抗压性能以及缓释性能的影响。结果表明:在圆盘倾角为50°,粘结剂浓度为50%,炭粉过100目筛时,抗压性能最强;总体性能上,粘结剂浓度为50%,炭粉过60目筛,圆盘倾角为50°条件下制备的炭基肥缓释性能最佳。该研究可以为生物质炭基肥的制备和应用提供参考。     

脱水污泥低温热解制备生物炭的研究

污泥热解制备生物炭是污泥资源化利用方式之一。文章研究了以脱水污泥为原料热解制备生物炭的工艺条件,并对样品进行了SEM,BET,FTIR,DES测试和元素分析。结果表明最佳的工艺条件:热解温度为350℃,醋酸钾溶液添加量为4%,反应时间为60 min,升温速率为7℃/min;热解制备的生物炭具有较好的孔隙结构,其比表面积达到10.942 m2/g;热解过程中C,O,S等元素的流失,使得Mg,Al,Si,P,K,Ca,Fe等元素富集,有利于其作为肥分物质的长效作用;污泥中水分可以促进生物炭的吸附性能和增大比表面积;制备的生物炭达到农用土壤第二级标准,实现了资源的有效利用。     

温度对秸秆生物炭理化特性和电化学特性的影响

采用程序升温限氧法,在不同温度下制备小麦秸秆生物炭,探究其表面形态、官能团和理化特性随碳化温度升高的演变规律。在此基础上设计基于生物炭的电极,并对其电化学性能进行测试。结果表明：生物炭内部保留了秸秆纤维素多层的束状结构,呈层状、狭缝型非均匀的孔道。随着碳化温度的升高,其表面形态经历蜂窝状小孔、多层维束结构坍塌、边缘熔融和表面析出结晶盐4个阶段。秸秆生物炭具有优越的电容性能,以WB600 ℃的电化学性能最为突出。当碳化温度≥600 ℃时,在波数1430~1870 cm^-1之间,还出现众多杂乱的弱峰。这是由于随着碳化温度的升高,生物炭中—CH==基团转化为C==O基团,生成具有环状结构的得电子基团——醌类。     

生物炭基材料在生物柴油制备中的研究进展

不同种类的生物质原料可通过热转化的方式制备生物炭,由于其独特的特性被广泛应用于不同的研究领域。近期,随着生物炭合成方法的大规模涌现,生物炭及生物炭基材料相关的研究广受关注。总结了生物炭基催化剂在生物柴油制备（酯交换/酯化反应）过程中的研究现状,简要描述了生物炭催化剂的设计和合成方法,并总结了生物炭催化剂在制备生物柴油中的应用,最后归纳了生物炭基催化剂在生物柴油制备中存在的问题,对今后的研究重点及前景做出展望,以期为将来低成本生物炭基催化剂的制备以及生物柴油合成的研究和发展提供指导建议。     

污泥基生物炭的制备及其作为污泥调理剂的可行性探究

基于污泥资源化利用需求,选用市政污泥制备污泥基生物炭,通过冷场扫描电镜（SEM）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）及氮吸附比表面积分析仪对其进行物化性质表征。结果显示：当污泥和浓硫酸按照1∶2比例活化时制备得到的生物炭比表面积最大,但弱酸或强碱弱酸盐有利于提高活化后污泥基生物炭官能团种类。此外,将污泥基生物炭作为活性污泥调节剂,对其可行性进行了探究,采用沉降性能、过滤性能和脱水性能作为调理后活性污泥脱水性能评价指标。结果表明：在CO₂氛围下制备的污泥基生物炭调理后,活性污泥脱水性能最好,泥饼含水率仅为50%,满足单独焚烧用泥质和卫生填埋对泥饼含水率的要求,显示出污泥基生物炭用作污泥调理剂具有良好的可行性。     

生物炭和乙醇对油菜秸秆沼气发酵特性的影响

对生物炭和乙醇提高油菜秸秆厌氧发酵沼气产率进行实验研究,探索不同乙醇浓度对中温和高温厌氧发酵沼气产率、木质纤维素降解和微生物菌群结构的影响。结果表明：生物炭和乙醇可促进沼气产率和纤维素降解。随着乙醇浓度的增大,沼气产率先增大后减小,3 g/L乙醇浓度时中温和高温发酵沼气产率最高,分别为219.3和240.5 mL/g。从木质纤维素降解来看,中温发酵组纤维素含量由预处理秸秆的54.00%降至18.69%～25.03%。测序结果显示乙醇浓度为3 g/L的中温发酵沼渣中厚壁菌门和拟杆菌门相对丰度最高,揭示了生物炭和乙醇促进油菜秸秆厌氧发酵产气的机制。     

利用农林废弃物联产生物油和生物炭的初步研究

农林废弃物能源转化利用是可再生能源领域的研究热点之一。以水稻秸秆为原料,以熔盐为反应媒介,在自行设计的反应器中,实验考察了熔盐组成、裂解温度和空速等因素对热解产物的得率和组成分布的影响规律,并对液相和固相产物进行了初步分析。采用化学活化法活化裂解残炭,测定了制得的活性炭的碘吸附值和亚甲基蓝吸附值,探讨了以农林废弃物为原料联产生物油和生物炭的技术路线的可行性。     

生物质衍生物高温热裂解制炭的研究

由于在能源和环境上的重大应用,生物炭近年来备受关注.本文研究了炭化温度、加热速率和保温时间对生物质衍生物(棉秆与污泥压缩成型的颗粒燃料)制炭后的低位热值(LHV)、炭产率和能源得率等性能指标的影响规律.结果表明:炭化温度为600℃、加热速率为20℃/min、保温时间为20min时,制得的生物炭具有最高的能源得率为52％,获得最佳的反应条件,同时此条件下的低位热值为14.1 MJ/g,炭产率为41.5％.与秸秆制得生物炭性能指标相比,生物质衍生物压缩成型炭化是一项很有潜力的方法.     

热分析仪中生物质炭氧化特性及面反应动力学分析

为明确生物质堆积燃烧或大颗粒炭燃烧动力学特性,应用同步热分析仪对不同生物质炭(玉米秸、稻壳、榆树皮和柏木)在不同横截面积坩埚(0.21、0.42 cm²)中使用不同高度样品量(满坩埚、1/10坩埚)进行实验,分析样品失重速率与反应面积(坩埚横截面积)和样品量的关系。结果表明：失重速率与反应面积成正比,与样品量无关,表明生物质炭的堆积燃烧为面反应;灰分少、氧扩散阻力小的柏木炭的热重数据更能体现动力学特性,其基于面反应的动力学参数指前因子As=40.5 m/s,活化能E=61.5 kJ/mol。     

磁性花椒树枝生物炭对Cr(Ⅵ)的吸附特性研究

原生花椒树枝生物炭(PB)对Cr(Ⅵ)的吸附能力有限(10.91 mg/g),且在反应结束后回收困难。文章通过使用浓度为0.4,0.6,0.8,1.0 mol/L的Fe(NO₃)₃溶液浸渍花椒树枝粉末,然后在500℃的温度下热解制备磁性花椒树枝生物炭(MZB)。通过SEM,XRD,FTIR和BET等表征分析,结合批式吸附试验,研究了MZB的理化特性和对Cr(Ⅵ)的吸附性能。研究结果表明：Fe₃O₄成功地附载在MZB上,与PB相比,MZB表面的羟基数量增多,比表面积和总孔容增大;MZB6对Cr(Ⅵ)的吸附效果最佳,可达32.3 mg/g,低pH值条件有利于MZB对Cr(Ⅵ)的吸附。Langmuir模型和伪二阶动力学模型的拟合结果表明,MZB对Cr(Ⅵ)的去除是通过均相化学吸附进行的。MZB6在第5次吸附-解吸循环后,对Cr(Ⅵ)的去除率仍能达到54%。     

新型纸浆污泥生物炭基催化剂的制备及其催化合成生物柴油研究

以纸浆污泥生物炭为载体制备固体碱催化剂,并将其应用于生物柴油的制备。催化剂的物理化学性质通过热重分析（TG）、扫描电子显微镜及X射线能谱分析（SEM-EDS）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、X射线衍射（XRD）、N2吸附/脱附和CO2-TPD进行表征。结果表明：由于30K/PPSB-600催化剂的总碱度最高,具有非常好的的催化性能（生物柴油最大产率为98.5%）。此外,对催化剂的稳定性和利用周期性进行多次实验。通过8次回收实验后,新催化剂仍具有较高的催化性能（生物柴油产率为80%）,其中少量失去催化活性的原因是K+的流失。     

稻壳水热炭化学结构和燃烧特性及动力学分析

以稻壳为原料,利用水热碳化技术结合元素分析和热重法,考察水热反应强度对水热炭化学结构和燃烧特性及动力学的影响。结果表明：1）随着反应强度参数（lg R₀）的增大,水热炭整体挥发分和氧元素质量分数呈减少趋势,而C元素质量分数则逐渐增加,当水热反应强度lg R₀为4.90~6.19时,参数变化尤为显著,lg R₀为6.19时,C元素和O元素的质量分数分别为50.5%和21.3%,O/C和H/C原子比分别为0.32和1.21;2）相对于原料,水热炭的燃烧损失集中在固定碳和挥发分燃烧阶段,着火和燃尽温度均有小幅上升;3）当lg R₀由3.25增至6.49时,挥发分燃烧损失减小,固定碳燃烧损失增大,着火与燃尽温度呈整体向高温区转移的趋势,综合燃烧特性指数（S_N）呈先增加后减小的趋势;4）固定碳燃烧段活化能低于挥发分燃烧段,本次采用的动力学模型分析水热炭燃烧动力学结果可靠,相关系数（R²）均在0.92以上。     

玉米秸秆成型颗粒热解炭抗压强度和收缩特性实验

文章在300～800℃的热解温度下制备了玉米秸秆成型颗粒热解炭,并分析了这些热解炭的抗压强度和收缩特性。分析结果表明:当热解温度为300～700℃时,热解炭的径向和轴向收缩率均随着热解温度的升高而增大;同一热解温度下,径向收缩率均大于轴向收缩率,径向收缩率从12.3%增大到24.2%,轴向收缩率从9.1%增大到18.4%;当热解温度升高到800℃时,热解炭的径向和轴向收缩率均略有回降;当热解温度为300～600℃时,热解炭的抗压强度约为1 MPa,当热解温度为600～800℃时,热解炭的抗压强度约为2 MPa;热解炭的径向抗压强度略大于轴向抗压强度。     

生物质炭再燃脱硝特性的试验研究

以木片炭和木屑混合物(WCC)、稻秆(RS)、桑树枝炭(MBC)和竹炭(BMC)为原料,利用携带流再燃脱硝试验装置,在NO初始体积分数为1×10-4～3×10-4条件下,研究了生物质炭再燃脱硝特性,分析了再燃燃料种类、再燃燃料粒径、再燃区反应温度t2、停留时间τ等因素对再燃脱硝效率的影响.结果表明:对于4种试验用生物质,WCC再燃脱硝效果最好,其脱硝效率为63.4%,RS和BMC次之,MBC没有脱硝效果;随着再燃燃料粒径的减小,再燃脱硝效果趋好;随着NO初始体积分数的减小,再燃脱硝效率降低,当NO初始体积分数低于1×10-4时,RS再燃脱硝效率反而升高;当t2=950～1 250℃时,WCC再燃脱硝效率随再燃区温度的升高而提高;在τ=0.4～0.8s时,随着τ的缩短,生物质再燃脱硝效率下降,当τ=0.4s时,再燃脱硝效率小于10%.为了保证一定的再燃脱硝效率,建议WCC再燃区反应温度和停留时间分别保持在1 150℃和0.8s.     

过氧化氢改性生物炭对四环素的吸附效果评价

以沼渣为对象,用过氧化氢进行改性,制备生物炭.考察溶液pH、改性生物炭添加量等因素对四环素去除效果的影响.实验结果表明,在pH=3时对四环素达到最高去除率,选择6 g/L～8 g/L之间作为合适的过氧化氢改性生物炭添加比例能取得较好的吸附效果.     

玉米秸秆生物炭对镉的吸附性能研究

以玉米秸秆作为原材料,分别在300℃、500℃和700℃的条件下,采用无氧热解技术制备生物炭,研究不同时间和不同添加量下生物炭对镉的吸附效果。结果表明,在生物质碳添加量升高和热解温度的升高时,镉的去除率逐渐增强,表明迁移性和生物毒性降低,其生态风险性亦相应降低。