太阳能热解技术制备生物炭的研究进展

对传统生物炭生产技术及设备进行了综述,从太阳能热解技术装置设计着手,分析了太阳能聚光器类型、传热方式、热解参数、原料组成等工艺参数对生物炭制备过程的影响,并指出太阳能热解技术生产生物炭的应用前景。     

脱水污泥-松木共热解生物炭的制备及吸附性能

以脱水污泥(含水率80%)和松木的混合物为原料共热解制备生物炭。研究了松木掺混比、热解温度对生物炭产率和BET比表面积(SBET)的影响,采用元素分析、工业分析和扫描电镜比较了单独热解及共热解生物炭的元素组成和表面形貌。结果表明,生物炭产率随着松木掺混比的增加而提高,随着热解温度的升高而下降。2种原料共热解存在明显的协同效果:松木提高了生物炭的碳元素含量,污泥的水分具有一定的活化作用,生物炭表面粗糙程度增加、SBET扩大。当松木掺混比为60%、热解温度为750℃时,生物炭SBET达到最高的213.4 m2/g。此外,生物炭对水中苯酚的吸附符合准二级动力学,等温吸附过程能用Freundlich模型描述。     

剩余污泥微波热解技术研究进展

剩余污泥的产量大,处理处置费用高,已成为困扰污水处理厂的难题。在惰性条件下热解剩余污泥生成生物油、生物气以及污泥生物炭等产物,可实现能量和资源的同步回收,应用前景极为广阔。本文总结了目前对于污泥特性、热解温度、升温速率、微波吸收剂、化学添加剂、载气对剩余污泥微波热解的影响的研究,并探讨了污泥热解机制,为微波热解剩余污泥提供了关键技术的参数,利于提高污泥热解效率,优化热解产物品质,为促进污泥微波热解系统化、产业化提供技术支持。同时指出了污泥微波热解受限于微波热解设备,致使其处理投资成本高及处理量小,为污泥微波热解工业化提出了巨大的挑战。最后展望了污泥微波热解的发展趋势及应注重攻克的关键问题。     

不同粒径污泥热解制备生物炭及其特性分析

以3种不同粒径污泥为原料,采用固定床反应器在500℃下制备生物炭。考察了3种不同粒径污泥的热解特性及其生物炭中重金属的分布特征,并运用TCLP对污泥及其生物炭的重金属浸出毒性进行了系统研究。结果表明,随着污泥粒径的增大,热解生成的生物炭和热解气产率均有所降低,而焦油产率则逐渐升高;在3种不同粒径污泥热解过程中,重金属除As外主要富集在固体产物生物炭中,相对富集系数均高于90%。随着污泥粒径的增大,污泥中Cu、Zn和Ni的含量增加,而Cr和Pb的含量则减少;虽然3种不同粒径污泥制备的生物炭中重金属的浸出规律不一致,但是污泥热解可以有效抑制重金属的浸出。生物炭中除As和Zn外其他重金属元素的浸出率均低于3.0%。     

不同粒径污泥热解制备生物炭及其特性分析

以3种不同粒径污泥为原料,采用固定床反应器在500℃下制备生物炭。考察了3种不同粒径污泥的热解特性及其生物炭中重金属的分布特征,并运用TCLP对污泥及其生物炭的重金属浸出毒性进行了系统研究。结果表明,随着污泥粒径的增大,热解生成的生物炭和热解气产率均有所降低,而焦油产率则逐渐升高;在3种不同粒径污泥热解过程中,重金属除As外主要富集在固体产物生物炭中,相对富集系数均高于90%。随着污泥粒径的增大,污泥中Cu、Zn和Ni的含量增加,而Cr和Pb的含量则减少;虽然3种不同粒径污泥制备的生物炭中重金属的浸出规律不一致,但是污泥热解可以有效抑制重金属的浸出。生物炭中除As和Zn外其他重金属元素的浸出率均低于3.0%。     

热解温度对山地城市污泥生物炭吸附Cu(Ⅱ)及其固碳作用的影响

由我国典型山地城市重庆的某污水厂污泥热解制备生物炭。使用X射线衍射、X射线荧光和傅里叶变换红外光谱等对产物进行了物性测定,评价了热解温度对生物炭吸附Cu(Ⅱ)、碳保留率(Y_C)、固定碳产率(Y_FC)和热稳定性的影响。结果表明,热解温度低于300℃时,生物炭对Cu(Ⅱ)的吸附能力差异较小;高于300℃时,随热解温度升高,生物炭对Cu(Ⅱ)的吸附能力降低。由于生物炭中的灰分以SiO₂为主,并不影响生物炭对Cu(Ⅱ)的吸附,其吸附机理主要受含氧官能团和比表面积的制约。此外,Y_FC比单独使用Y_C或热稳定性更能综合衡量生物炭固碳作用。热解温度为300℃时,生物炭的Y_FC值最大,固碳效果最佳。因此,从对Cu(Ⅱ)的吸附能力和固碳效果两方面考虑,山地城市污泥制备生物炭的热解温度为300℃。     

污水污泥和消化污泥热解过程中重金属迁移转化行为对比分析

以污水厂生污泥(RS)及其厌氧消化污泥(DS)为处理对象进行低温热解研究,对比分析了厌氧消化工艺对污水污泥热解炭中重金属(Cu、Zn、Cr、Cd、Pb)形态分布与迁变规律的影响。结果表明:消化污泥热解炭中稳态Cd、Cr、Cu含量均高于同等温度下生污泥热解炭,而两种热解炭中Pb形态无明显差异,但消化污泥热解炭中稳态Zn含量却小于同等温度下生污泥热解炭;低温热解能够有效地降低生污泥和消化污泥中Cu、Zn、Cr、Pb的潜在迁移转化能力,使重金属由F1态和F2态向稳定的F3态和F4态转变,降低重金属的环境风险水平。     

污水处理厂污泥制备生物炭及应用的研究进展

以污泥为原料制备生物炭是实现污泥资源化利用的途径之一,具有成本低、方法简单等优点。为了推动污泥制备生物炭技术的发展和应用,本文从制备方法、影响因素和应用领域等方面总结和归纳了污水处理厂污泥制备生物炭的研究现状,阐述了污泥生物炭不同制备方法及其优缺点,详细分析了不同影响因素对污泥生物炭产率、比表面积、孔径大小和孔径分布等特点的影响,总结了污泥生物炭在环境和农业领域的应用情况,提出了目前污泥制备生物炭技术存在的生物炭产率低、重金属易析出和生产批次差异等问题,并指出了今后的发展方向。     

Fe负载污泥生物炭催化热解聚丙烯及产物特性

针对塑料成分复杂、热解产油组分不稳定和品质控制难的问题，本文以市政污泥为原料制备Fe负载污泥基生物炭催化剂，以聚丙烯塑料(PP)催化热解促进焦油裂解与合成气生产的试验路线开展研究，分析了PP热解产物中焦油的去除效果、富H₂合成气关键组分以及催化热解过程对污泥基生物炭表面特性的影响。结果显示FeCl₃浸渍比为5%(质量分数，以Fe计)制备的污泥基生物炭可显著促进PP催化热解产氢，1g塑料氢气产率达17.39mmol，分别高于未经Fe负载污泥生物炭催化对照组268.43%以及纯PP热解对照组2046.91%。催化热解过程强化了焦油裂解，焦油裂解率达29.65%。焦油组分中醇类物质相对占比下降，烯烃类与卤代酯类物质相对占比上升。同时，催化热解后污泥基生物炭表面出现特殊的薄层状孔隙结构，比表面积增至225.90m²/g。XPS分析发现污泥基生物炭表面的碳氧官能团结合碳、晶格氧以及羧基氧相对比例上升，证明在此Fe浸渍比例下出现了更多的活性位点。     

污泥-锯末共热解生物炭的制备及土壤应用

利用外热式反应釜,以城市污泥和白杨木锯末混合物为原料共热解制备生物炭。研究了共热解工艺条件对生物炭产率和吸附性能的影响,对最佳工艺条件下所制备生物炭的比表面积、孔结构、表面形貌进行了表征,并且分析了生物炭的营养物质、p H、重金属质量分数。结果表明,最佳共热解工艺条件:锯末掺混比为20%,热解温度为400℃,催化剂质量分数为6%,反应时间为30 min。最佳生物炭表面存在较多的孔隙结构,中大孔较多,比表面积为6.411 m2/g,碘吸附值为311.63 mg/g,亚甲基蓝吸附值为95.42 mg/g。最佳生物炭中速效氮、速效磷和有机质质量分数分别为115.5 mg/kg、287 mg/kg和535.63 g/kg,呈碱性,p H为9.88,重金属质量分数除Zn外均远低于农用土壤二级标准,可作为土壤改良剂或肥料使用。     

市政污泥生物炭对水体中铅的吸附研究

采用市政污泥为原料制备生物炭,研究在缺氧条件下,不同热解温度对其理化性质以及对铅的吸附影响。研究表明,污泥热解温度升高会导致生物炭极性和芳香性提高,亲水性降低,表面官能团减少,从而影响对铅的吸附机理和吸附量。在400～1 000℃热解的污泥生物炭(sBC400-sBC1000)对铅的吸附均符合准二级动力学,sBC500吸附效果最佳。sBC500对铅的吸附量随着pH上升而增加,pH为7时吸附量达到467.87 mg/g,远高于文献报道的同类污泥生物炭。通过SEM、EDS-Mapping、FTIR和XRD对sBC500吸附铅前后材料进行表征,发现吸附后出现PbCO₃,表明Pb²⁺可以通过在生物炭表面形成PbCO₃而去除,吸附过程中共沉淀机制起到关键作用。     

污泥生物炭对水中对氯硝基苯的吸附性能研究

对氯硝基苯(p-CNB)是一种难降解的有机污染物,具有“三致”效应。对污泥制备污泥生物炭吸附p-CNB模拟废水进行了研究,探究了污泥生物炭热解温度、污泥生物炭投加量、模拟废水初始pH、水中常见阴阳离子、腐殖酸以及污泥生物炭重复使用次数对p-CNB吸附的影响,并探究了吸附动力学、吸附等温线和吸附机理。结果表明,污泥生物炭对p-CNB有较好的吸附去除效果和循环使用性;初始pH和水中常见阴阳离子对WB700吸附p-CNB几乎没有影响,但随着腐殖酸浓度的增加,去除率逐渐降低;WB700对p-CNB的吸附符合准二级吸附动力学和Langmuir模型,吸附机理主要为氢键和π-πEDA互相作用。     

污泥生物炭中氮硫行为及环境效应研究进展

污泥生物炭中氮硫元素含量高,其氮硫行为和环境效应对全球气候变化的影响不容忽视。以往的研究中,研究者往往以富碳生物炭作为主要研究对象,关注碳对全球气候变化的行为和功效,而对氮硫元素的作用关注不够。本文从原始污泥基本性质到其热解过程,再到生物炭的老化,逐步对污泥生物炭整个生命周期内氮硫的行为及其环境效应研究进行综述,并对未来应注重开展的研究方向进行展望,为生物炭中氮硫元素固定、释放及与之关联的环境效应和温室气体排放控制研究提供理论基础。分析表明,污泥中氮元素含量普遍高于硫元素,且热解过程中氮比硫更容易转移至气相产物。氮硫元素随热解温度的增加,在三相产物中的分配都是炭中持续减少,油中先增后减,气中一直增加。高温（＞800℃）条件下,气相中的氮含量高于固相,而硫元素则仍然主要存在于固相中。污泥生物炭老化及其环境效应研究表明,污泥生物炭氮硫元素与土壤的相互作用及其温室效应问题在今后的研究中应引起重视。     

城市污泥热解影响因素分析及残渣资源化研究进展

热解法作为一种新兴的污泥处理技术，因其处理彻底、资源利用率高、污染少且能固化重金属等优点而受到广泛关注。城市污泥的来源、种类、特性等因素都会影响热解残渣的结构和性质，了解城市污泥热解工艺是后续残渣资源化的重要依据。通过对城市污泥热解技术、热解过程的影响因素及重金属迁移行为的概述，分析热解残渣在建筑材料、生物燃料、填埋场覆土、粘合剂以及多孔吸附材料等领域中的应用，并指出进一步探索不同来源和种类的城市污泥热解工艺以及热解残渣的高效利用是未来研究的重点。     

微波热解技术制备的生物炭在废水处理应用的研究进展

水体污染是当今重大的环境问题，吸附法是一种清洁高效的废水处理方法，生物炭因具有良好的吸附能力常被作为吸附剂进行应用。生物炭制备技术有多种，其中微波热解技术因效率高、原料受热均匀、成炭率高、制得的生物炭比表面积大、官能团丰富而被应用。通过介绍微波热解生物炭的制备方法，探讨了微波热解温度、微波功率及停留时间等参数对生物炭制备和吸附的影响，总结了微波热解生物炭对废水中重金属、有机污染物和染料污染物的处理研究现状，阐明了微波热解生物炭所具备的优势，并对其在水中污染物去除的后续研究及推广应用进行了展望，以期为废水处理的研究应用提供思路。     

生物炭制备及物性特征用于土壤修复的研究进展

生物炭是由生物质经热解、水热、气化等技术产生的固体物质，是一种绿色修复环境材料，常用于土壤修复、去除重金属及有机物及土壤肥效改良等。从生物炭制备方法及工艺、生物炭的特征及化学微观结构、生物炭对微生物菌群影响等方面进行了综述，分析了生物炭在土壤修复及农业应用的环境效益，为生物炭用于土壤绿色修复提供理论知识。     

污泥与生物质共热解制备生物质炭工艺优化及吸附性能

通过污泥与秸秆（玉米秸秆、水稻秸秆、小麦秸秆、芝麻秸秆）慢速共热解的方法,在不同热解温度（300℃、400℃、500℃、600℃）、热解时间（0.5h、1h、1.5h、2h）及配比（污泥与生物质1∶0、1∶0.5、1∶1、1∶2）条件下制备4种生物质炭,即SCBC（污泥-玉米秸秆生物质炭）、SRBC（污泥-水稻秸秆生物质炭）、SWBC（污泥-小麦生物质炭）、SSBC（污泥-芝麻生物质炭）,研究了不同热解条件对生物质炭产率、pH、元素组成、表面特征、吸附性能的影响,并根据吸附性能筛选出各生物质炭的最优制备工艺。结果表明,热解温度为500℃、热解时间为2h、污泥与玉米秸秆、芝麻秸秆配比为1∶1时,污泥与水稻秸秆、小麦秸秆配比为1∶2时,制备的生物质炭吸附性能最优。最优制备工艺条件下,4种生物质炭吸附性能相比：SWBC > SRBC > SCBC > SSBC。     

污泥与聚氯乙烯共热解重金属特性

重金属作为污泥热解处理过程中的主要污染物，对其进行严格的排放控制有益于生态环境和人类身体健康。本文通过在水平固定床反应器内开展城市污泥的快速热解实验，探究了温度（500～900℃）及聚氯乙烯塑料（PVC）掺混比（5%和15%）对重金属元素As、Cr、Cu、Mn、Ni、Pb和Zn在生物炭中迁移转化规律的影响。研究发现，提高热解温度和添加PVC有利于降低As、Pb和Zn在生物炭中的残余率，但对Cr、Cu、Mn和Ni几乎没有移除作用。此外，通过分析重金属赋存形态发现，伴随热解温度的升高，除了As以外，生物炭中的其他重金属元素整体向更稳定的形态转化。与此同时，根据重金属的生态风险评估结果发现，当热解温度为500℃和600℃时，原料中PVC的存在会增大所获取生物炭中重金属的生态风险。本文为实际工业热处理污泥提供了关于重金属排放控制方面有价值的参考。     

城市污泥生物炭的制备及应用研究进展

综述了我国城市污泥的处理现状,为了实现城市污泥的资源化利用,比较分析了制备城市污泥生物炭的三种方法(常规热裂解法、微波热解法和水热炭化法)的优缺点,结合污泥生物炭的理化性质特征,研讨了污泥生物炭在土壤改良剂、储能材料、吸附材料以及催化剂等领域的应用研究现状,以期为污泥生物炭的应用前景奠定理论基础。最后对污泥生物炭未来的研究方向以及可能应对的挑战做出了展望。     

生物质热解制备多孔吸附材料的研究进展

综述了生物质热解制备生物炭过程中前驱体的选择、原料粒径、热解方式、热解温度、升温速率、停留时间和热解压力等工艺参数对其物化性能的影响,通过采用各种改性方法来改变生物炭的表面结构、官能团及元素种类数量和形态结构来提高其结构的稳定性、吸附的高效性以及可重复利用性,以期用生物炭来解决废水环境中各类污染物的污染问题。分析了生物炭在制备过程中仍然存在的问题和不足,目前作为吸附材料在应对污水处理、土壤修复和气体净化等方向的吸附性能需要改进和提高,也对未来的制备过程的优化、改性方法的合理选取、使用过程中各种因素的交互影响、成本估算以及可循环利用等研究方向提供科学依据和理论基础。