乙烯/氧气预混火焰中燃空当量比对碳烟表面官能团和氧化活性的影响

采用乙烯/氧气/氩气预混燃烧系统和毛细管取样系统并结合多种先进分析技术,研究了预混火焰燃空当量比对碳烟颗粒表面官能团及其氧化活性的影响.结果表明,随燃空当量比的增加,碳烟颗粒表面脂肪族C—H官能团和含氧官能团(C—OH和C=O官能团)的摩尔分数均呈下降趋势;而碳烟颗粒的氧化反应特征温度和表观活化能呈增大趋势,表明在较大燃空当量比下所生成碳烟颗粒的氧化活性较低;碳烟颗粒表面官能团对氧化活性有着直接作用,表面官能团含量越多,其氧化反应活性越高.碳烟颗粒表面脂肪族C—H官能团对其氧化活性影响相对较大,而含氧官能团影响相对较小.     

不同热解温度下落叶松半焦特性的演变规律

为探究热解温度对生物质半焦特性的影响规律,文章以落叶松为原料,采用管式电阻炉制取200～1 000℃的热解半焦,利用元素分析、XRD、BET、SEM等测试手段,结合碳-氢-氧相图及Scherrer方程,深入分析了热解温度对生物焦元素组成、石墨化程度、孔隙结构及表观形貌的影响。结果表明:热解温度升高,热解半焦的H/C,O/C原子比减小,芳构化程度加深,碳微晶结构更趋于有序化,片层状碳骨架结构逐渐凸显,石墨化程度增加;400℃下的半焦比表面积最高,微孔对比表面积的贡献大;300℃和500℃是热解半焦结构发生明显变化的两个特殊的温度点。     

不同种类生物质热解残焦的CO_2气化研究

在常压固定床反应器中,以不同种类生物质热解残焦为原料进行CO_2气化制取CO研究,并与煤焦的CO_2气化效果进行对比。实验在气化温度700~1000℃条件下进行,研究热解残焦制备温度、生物质热解残焦种类、气化温度对气化产气中CO浓度、热解残焦转化率的影响。研究结果表明:制备温度为550℃的生物质热解残焦的气化效果优于600℃时;生物质热解残焦的气化效果明显优于煤焦,且垃圾焦气化效果最佳;污泥焦、垃圾焦、秸秆焦的最佳气化温度为900℃,煤焦的最佳气化温度为1000℃。     

典型生物质在不同温度下的热解产物特性

以松木和稻秆成型颗粒为原料,采用热棒反应器和气质色谱联用仪对其热解产物特性进行了分析,通过FTIR及比表面积分析仪从表面官能团和孔隙结构两方面对热解焦炭特性进行分析研究。结果表明,松木和稻秆在500℃时基本完成热解;松木比稻秆含有更多木质素,容易生成苯酚类芳香烃焦油;除了酚类,醛类也是松木热解中的重要组分。温度越高,稻秆和松木的热解焦结构更加趋于芳香化,且芳香结构上的侧链显著减少,但二者显著区别在于—OH和—CH_x吸收峰基本消失时的温度不同,稻秆和松木对应的温度分别为400℃和500℃,这与稻秆灰的催化作用有关。稻秆原料及低温下的稻秆热解焦中,中孔和大孔是主要孔型,但在松木原料及低温下的松木热解焦中,三种孔隙占比基本相当。温度上升时,两种生物质焦颗粒内部孔径分布发生了明显变化。     

氧化反应温度对柴油机颗粒物表面官能团演变的影响

采用原位红外光谱仪并结合热重分析仪和程序升温氧化-质谱联用仪的测量结果对国Ⅳ柴油机颗粒物表面官能团在颗粒物氧化反应过程中的演变规律进行半定量分析.结果表明,起燃温度(450,℃)前,随反应温度升高,柴油机颗粒物表面碳氢官能团迅速减少、碳氧官能团不断生成,而从程序升温氧化反应曲线可以看到反应气氛中的O2通过化学吸附参与表面官能团的转化,这和碳氧官能团增加的规律相一致;反应温度超过450,℃时,随温度升高,碳氧表面官能团减少,颗粒物氧化燃烧,两个反应具有同步性;在50~425,℃范围内,氧化反应温度对微粒中脂肪烃的支链化程度影响不大;反应温度低于450,℃时,在绝大多数温度段,C=O结构相对含量与C—O结构相对含量的变化趋势相反,表明低温氧化反应中两类官能团间存在相互转化.     

排气再循环对柴油机颗粒官能团的影响

通过对不同EGR率、EGR废气组分以及EGR温度下产生的颗粒进行采集,采用X射线近边吸收光谱(NEXAFS)技术,研究了EGR对柴油机颗粒官能团的影响.通过分析颗粒的NEXAFS谱线特征,确定了颗粒中官能团的主要组分,采用分峰拟合方法,考察了EGR对官能团相对含量的影响规律.结果表明:柴油机颗粒中碳官能团主要分布在近边能量为284~292,e V范围内,呈典型石墨结构,主要包括不含氧的芳香基碳和石墨碳官能团,醌类、羧基、羰基和酚/酮类等含氧官能团以及脂肪族C—H官能团;随着EGR率增加,颗粒中不含氧官能团逐渐降低,含氧官能团以及脂肪族C—H官能团呈升高趋势,说明EGR对于提高颗粒的氧化活性具有一定促进作用.废气中的CO_2增加了颗粒中含氧和脂肪族C—H官能团,降低了不含氧官能团,N2对官能团的相对含量影响不大;EGR温度增加,颗粒中不含氧官能团增加明显,含氧官能团以及脂肪族C—H官能团均有所降低.     

核桃壳热裂解产物有机结构演变规律

采用TG-FTIR、Py-GC/MS对核桃壳热裂解过程及产物进行研究,利用1H-NMR和13C-NMR对热解炭结构进行分析,探讨热裂解产物有机结构演变规律。结果表明:核桃壳热裂解分为干燥脱水,快速热裂解和残余物缓慢热裂解三个阶段,快速热裂解阶段是主反应阶段,失重可达总失重的89%。不同热解温度下的液态产物成分不同,且随着热裂解温度的升高,低温下形成的热解液会发生二次反应生成新的热解液成分,热解温度由400℃升至600℃,液态产物完成了由酚类、醇类、酸类向酯类、芳香类的转化。升温核桃壳热裂解过程中的气态产物为H_2O,CO_2,CH_4和CO,在357℃时达到最大产量。随着热解温度由300℃升高到800℃,核桃壳热解炭由以苯环、烷烃链、甲氧基、羟基、羰基为主要结构转化为90%以上的芳香结构。     

木薯茎秆连续热解炭吸附特性研究

以木薯茎秆为生物质原料,利用无轴螺旋连续热解装置制备木薯茎秆炭,针对原料及热解炭的组织结构、酸碱性质、表面官能团属性和表面形貌特征进行特性分析;开展木薯茎秆炭吸附溶液中亚甲基蓝、碘、苯酚和醋酸的试验,研究热解温度、粒径、振荡时间、表面清洗4个因素对炭吸附特性的影响。结果表明:随着热解温度的升高,木薯茎秆炭中挥发分含量减小,灰分及固定碳含量增大;表面逐渐形成芳香化结构,酸性官能团减少,p H值逐渐增大,碱性增强;原料表面结构不断被破坏,部分区域塌陷出现凹凸不平的表面形态。热解温度对木薯茎秆炭的吸附特性影响较大,低温热解炭的亚甲基蓝、碘和苯酚吸附值较大,高温热解炭吸附值减小,醋酸吸附值变化趋势与前三者相反。炭的粒径越小,对4种物质的吸附效果越好;振荡时间对木薯茎秆炭的吸附特性有显著影响,苯酚吸附的最佳振荡时长为60 min,醋酸为30 min。醇-水表面清洗后的木薯茎秆炭p H值减小,虽然亚甲基蓝吸附值基本不变,但碘、苯酚和醋酸吸附值增大,吸附效果改善。     

预混火焰中温度对碳烟表面官能团和氧化活性的影响

基于甲烷/氧气预混火焰燃烧系统及毛细管取样技术,采用傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)、X射线光电子能谱仪(XPS)和热重分析技术(TGA),研究了火焰温度对碳烟颗粒表面官能团相对含量和氧化反应活性的影响规律.结果表明:随着火焰温度的升高,碳烟颗粒表面脂肪族碳氢官能小(aliphatic C—H)的当量峰高比IC—H/IC=C减小,含氧官能团(C—OH和C=O)的摩尔分数也减小,表明碳烟颗粒表面官能团的相对含量随火焰温度的升高而降低;碳烟颗粒氧化反应特征温度和表观活化能都随火焰温度的升高而增大,表明较高的火焰温度产生的碳烟颗粒的氧化反应活性较低;碳烟颗粒表面官能团的含量与其氧化反应活性有直接关系,表面官能团含量越少,其氧化反应活性越低.     

不同生活垃圾组分热解炭化特性与热解焦傅里叶红外光谱表征

对城市生活垃圾(MSW)中6种有机组分进行热解炭化和热解焦傅里叶红外光谱(FTIR)表征。实验结果表明:MSW不同有机组分热解焦产率各不相同,热解焦产率由高到低依次为纸张 > 厨余 > 木屑 > 橡胶 > 织物 > 塑料,办公废纸慢速热解时热解焦产率高达37.50%,聚乙烯(PE)快速热解时热解焦产率仅为3.20%;慢速升温时热解焦产率普遍高于快速升温热解焦产率;MSW有机组分经热解炭化后,羟基(OH)、羰基(C=O)等官能团含量减少,烯属烃及芳香类C=C键含量增加;升温速率越慢,芳香类C=C键含量越高,芳香化程度越高。     

钾盐对纤维素热解特性的影响

利用微型热解系统,研究500℃终温条件下,钾盐(K2SO4,KNO3,K2HPO4,KOH)对纤维素热解特性的影响。收集炭、焦、重油、轻油、气5种产物,计算各产物产率,分析结果表明,钾盐添加作用下,钾对热解存在主要影响,盐本身理化特性存在次要影响。利用气质联用仪(GC-MS)对重油和轻油进行分析,发现糖、苯类物质主要集中于重油,而醛、酮类物质主要集中于轻油,钾盐显著降低了糖类产物产率,增加了酮类、环烷烃类物质产率。利用X射线光电子能谱仪(XPS)对浸渍样、热解炭、焦含碳官能团进行分析,结果表明,热解后,热解炭与热解焦具有类似的含碳官能团分布,但热解炭中以芳香环中的C=C官能团为主,含氧官能团主要为羰基-CO-而热解焦中另外含有-COO-官能团。     

酸洗预处理对生物质热解焦物理化学特性的影响

选用松木、杨木、玉米秸秆和稻壳4种生物质为原料,采用3%（体积分数）乙酸溶液进行洗涤除灰后,进行快速热解实验,对比研究酸洗预处理对4种生物质热解焦物理化学特性的影响。结果表明：乙酸酸洗可有效去除松木、杨木、玉米秸秆和稻壳灰分中的大部分无机元素,从而促进热解过程中挥发分的释放、显著改善热解焦的表面化学特性。酸洗可促进热解焦孔隙结构的形成,提高比表面积和总孔容积,但会使平均孔径减小,这表明酸洗主要提高微孔率,对微孔的形成有较大的促进作用。同时,酸洗使得更多的含氧官能团保留在生物质热解焦表面,这种影响对玉米秸秆和稻壳尤为明显。气化焦油的吸附实验结果表明酸洗后热解焦的吸附能力有所增加。     

兖州煤热演化过程中表面官能团结构研究

实验选取兖州煤,在管式炉中分别在不同温度(300~950,℃)下制取了原煤焦及洗煤焦,并采用傅里叶红外光谱法对原煤、洗煤及原煤焦、洗煤焦表面官能团进行分析.实验结果表明,酸洗、制焦温度和升温速率对煤结构的影响较大:酸洗对煤结构的影响主要表现在洗煤的高波数位N—H基团吸收峰、游离S—H基团吸收峰和Si—O基团吸收峰消失;制焦温度对原煤中的大部分有机基团析出有很大影响,但对Si—O基团和有机硫的影响很小;升温速率只有当温度达到一定时才会发生作用,而且升温速率对特征基团的生成是有选择性的.     

热老化温度对碳烟氧化活性的影响

由于炽热尾气长时间冲击,柴油机微粒捕集器(DPF)中的沉积碳烟颗粒会发生热老化.本文通过改变惰性气氛下的温度,研究热老化对柴油机碳烟颗粒微观物理化学特性和氧化活性的作用规律.结果表明,随热老化温度的升高,氧化反应特征温度和表观活化能表征的碳烟颗粒氧化活性逐渐降低;氧化活性的降低来源于碳烟颗粒物理化学特性的改变,即微晶尺寸增大,微晶曲率和层间距减小,以A_D1/A_G值表征的石墨化程度提高,而以I_C—H/I_C=C峰高比表征的脂肪族C—H表面官能团相对含量降低.此外,柴油机碳烟颗粒微观结构、表面C—H官能团相对含量与碳烟氧化活性具有良好的相关性,其中微晶曲率对氧化活性影响最大.     

应用FT-IR研究热改性对褐煤结构的影响

对内蒙古白音华褐煤进行了200℃、1 h条件下的低温热风改性试验,利用红外光谱分析了热改性前后白音华褐煤的结构变化。结果表明,热改性很大程度降低了褐煤中的水分和氧含量,碳含量和热值也得到不同程度的提高;热改性过程中,由于受热分解使褐煤中的多种含氧官能团出现不同程度的降低;热改性还使褐煤中的芳香烃发生了取代反应,脂肪烃结构中的CH_2发生断裂,但热改性前后褐煤中羟基无显著变化。     

竹屑热解过程及产物特征研究

以竹屑为原料,选择250~950℃温度范围,在小型固定床反应器上探究竹材热解过程及产物特征。研究发现:随着热解温度的升高,固体焦炭产率减小,气体产率规律与之相反,液体产率先增后减,且在450℃时达到最大(52.28%)。固体焦炭中化学官能团的种类随温度的升高逐渐减少,含量随之减小,650℃之后除苯环结构外,基本无其他官能团,说明竹屑热解主要发生在650℃之前。在较低温度下,热解油中以呋喃类、醛酮类、酚类等含氧化合物为主,气体产物中主要以CO、CO_2为主,当温度超过750℃后,热解油以萘、苊等多环芳烃为主要含量,由于挥发分的二次裂解加剧,使CO和H_2体积分数增大,CH_4比例随温度变化缓慢。     

氧化铁对煤流化床热解特性影响的实验研究

为了分析Fe_2O_3对煤热解特性的影响,以准格尔烟煤为原料,在小型流化床反应器上,温度范围为500～800℃内,对添加Fe_2O_3质量分数分别为0%、5%、10%、20%的煤样进行热解,并对其热解产物产率和气体组分进行分析。结果表明:Fe_2O_3在整个温度范围内会明显降低焦油产率,却促进热解水的产生。Fe_2O_3对半焦和气体的影响特性与温度有关:在低温区,Fe_2O_3会催化胶质体的芳构化作用和缩聚反应,抑制胶质体的裂解反应,从而增加半焦产率,减小挥发分(热解气体和焦油)产率;而在高温区,半焦会和Fe_2O_3发生反应,使得CO和CO_2产率上升;另外,Fe_2O_3会明显改变热解气组分。温度较低时,Fe_2O_3会促进煤中的含氧自由基重新结合,抑制CO和CO_2的生成,随着温度的升高,Fe_2O_3与多种还原性气体(CO、H_2、CH_4)发生氧化还原反应,多种反应竞争下,使得Fe_2O_3对各气体的促进程度不同。     

松木颗粒热解与高温蒸汽气化半焦产率及形貌特征分析

以成型松木颗粒为原料,进行低温热解,研究了热解温度和升温速率对生成的松木半焦产率及官能团的影响。以试验得到的松木半焦进行蒸汽气化试验,对比分析了温度对半焦重整气化形貌特征、比表面积和平均孔径的影响。研究表明：随着热解温度升高,松木半焦脂肪族结构峰消失转化为烃等小分子物质及气化气,进而降低半焦产率。升温速率升高,半焦产率呈先下降后升高的趋势,在800℃升温速率为30K/min时半焦产率最低。不同温度热解和蒸汽气化对比试验表明,温度相对较低时（500℃）热解和蒸汽气化半焦孔隙结构相近,随着温度的升高,蒸汽气化半焦结构发生明显变化,900°C时出现了更小的孔道结构且比表面积增加明显。蒸汽引入使松木半焦和水蒸气发生热解反应的同时发生了脱氢反应,气化半焦形貌出现熔融和烧结现象。     

制备温度对芒草热解焦CO2气化反应动力学的影响

利用热重分析仪进行了芒草热解焦与CO_2气化反应实验研究,选取均相反应模型、颗粒反应模型和随机孔模型计算了芒草热解焦的CO_2气化反应动力学参数,探讨了3种动力学模型的适用性.为进一步探讨制备温度对热解焦CO_2气化反应的影响机理,利用扫描电镜(SEM)和Brunauer-Emmett-Teller(BET)分析了芒草热解焦的孔隙结构和表面形态.研究表明,随着制备温度的升高,热解焦表面结构被逐渐加深,表面粗糙度提高,比表面积相对增大,制备温度为600℃的热解焦具有最大的微孔容积与总孔容积之比,使得其更容易发生气化反应;制备温度为400℃时,芒草热解焦在3种模型下具有最小的平均活化能,随机孔模型对芒草热解焦实验数据拟合效果最好,其模拟的相关性系数R2均大于0.97.     

生物质热解半焦特性及其水蒸气吸附规律

选择杨木和松木两种木材作为热解原料,在常压下250~550℃内选取4个温度进行热解,并对生物半焦的性质进行分析。通过对生物半焦比表面积、表面官能团、孔隙率、氧碳比、氮碳比等性质的分析,研究热解得到的生物质半焦水蒸气吸附的影响规律。研究发现:生物半焦对水蒸气的吸附并非由单一性质所决定,而是受到比表面积、表面官能团、孔隙率等因素共同决定。