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。     

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。     

生物质热解过程中焦炭物化结构演变特性

利用比表面积孔径分析仪测定生物质热解焦炭的氮气等温吸附曲线并得到结构和孔径分布特性,同时对焦炭的形貌和微区化学组成进行深入分析。研究表明:随着热解终温的升高,生物质焦炭的孔隙结构变得复杂,600℃时焦炭的孔隙结构、比表面积和吸附特性较好,1000℃时出现孔坍塌和融合现象,稻壳焦炭微区元素主要是C、O、Si和K,并在800℃时表面存在硅化物和碳化物两种不同的结构。     

湿污泥热解残渣微观孔隙结构及吸附性能

采用管式炉热解反应器对不同含水率污泥开展高温热解制备残渣样品,采用氮气等温吸附/脱附法分析了含水率对残渣孔隙结构和表面形貌演变的影响规律,探讨了热解残渣作为废液中重金属和染料吸附剂的可行性.研究发现:与干污泥热解残渣相比,湿污泥热解残渣孔隙结构得到更充分发展,孔径2~10,nm的中孔数量明显增加,且在孔径3.75,nm出现单峰值.随着含水率增加至84%,,残渣BET比表面积、累积总孔容积、微孔孔容等呈现减小、增大再减小的趋势;热解残渣对废液中Cu2+、Cr6+以及亚甲基蓝、孔雀石绿染料均有一定的吸附能力.     

竹炭的制备及表征研究

用限氧裂解法将竹材废料制成竹质生物质炭,并通过红外光谱、扫描电镜、元素分析仪、比表面积测定等方法探讨了竹质生物质炭的表面特征。结果表明,竹质生物质炭具有发达的孔隙结构,微孔结构密集,微孔体积占总孔体积的51.51%,比表面积达到了141.36m~2/g。     

城市污泥与玉米秸秆共热解及炭粉吸附特性研究

利用外热式固定床反应器,在400～700℃下对不同比例的城市污泥与玉米秸秆混合物进行共热解,研究热解条件对炭粉的产率、比表面积、孔径分布的影响。结果表明,随热解温度的提高和玉米秸秆量的增加,炭粉的产率逐渐减小,700℃时,纯污泥热解的炭粉得率是51.5%(以干原料计),添加45%的秸秆时,炭粉得率是41.75%;炭粉的比表面积随热解温度的提高而增大,随玉米秸秆量的增加而增大,700℃时,比表面积在50~80m2/g;纯污泥热解炭粉的孔径以中大孔为主,随玉米秸秆添加量的增大,炭粉的孔径分布由中大孔趋向中微孔。     

活化和热解气氛对半焦基活性炭性能的影响

以煤炭分级转化半焦为原料，采用廉价烟气活化法制备适用于小分子污染物吸附脱除的活性炭，分别从活化工况、活化气氛、热解气氛三方面探究并对比了其物化性质和吸附性能。结果表明：分级转化半焦经烟气活化，在最优工况下可以得到比表面积为798.27 m²/g的活性炭，其微孔体积为0.327 cm³/g，碘值可达1056.84 mg/g。当固定烟气气氛中两种组分的浓度时，活性炭的碘值、比表面积和微孔结构随第三种组分浓度的增加呈现先升后降趋势。对比氮气热解半焦和模拟煤炭分级转化多联产系统的煤气热解半焦所制的活性炭，煤气半焦活性炭比表面积、微孔体积和碘值均有所提高，同时可以显著降低能耗，最优活化时间降低50%，经济性较好。     

高中孔率木质素基活性炭的制备及表征

以秸秆木质素为原料,ZnCl_2为活化剂,将两者干法混合均匀后活化制备木质素基活性炭。通过单因素实验和Box-Behnken响应面实验得到高中孔率木质素基活性炭的最佳制备工艺条件为:盐料比1.5∶1,活化温度850℃,活化时间为60 min。该条件可使活性炭亚甲基蓝吸附值达到423.6 mg/g,比表面积达1224.38 m~2/g,平均孔径17.13 nm,总孔容2.165 cm~3/g,中孔孔容1.587 cm~3/g,中孔率达73.3%。     

松子壳热解炭活化特性研究

以松子壳为原料,采用常规热解法得到松子壳炭,利用水蒸气活化的方法制备了微孔率较高的活性炭,并测定其吸附能力。利用红外光谱(FT-IR)、氮气吸脱附曲线、扫描电镜(SEM)对热解炭及相应活性炭进行了表征。最佳活化工艺为活化温度850℃,活化时间60 min,水蒸气流量0.3 g/min。在该条件下松子壳活性炭得率为34%,亚甲基蓝吸附值为186 mg/g,碘吸附值为1 097 mg/g,比表面积为1 094.895 m2/g,平均孔径为3.95nm。微观结构分析表明,热解炭已经具备一定的孔隙结构,活化过程中活化剂能够有效去除堵塞热解炭孔隙的杂质和不定型炭,形成丰富的微孔结构和少量的介孔、大孔。该研究为松子壳活性炭的制备提供了理论依据。     

部分气化后半焦的孔隙结构

用氮气等温吸附(77K)的方法测量了原煤及加压、常压部分气化后半焦的BET比表面积，并利用BJH法计算了孔比表面积、孔容、孔径和孔分布。结果表明，原煤在转化为半焦的过程中，孔隙结构变得发达，比表面积明显增大；半焦的孔比表面积和孔容积分布曲线存在两个明显的峰值，部分气化后的原煤2nm左右的微孔及中孔会较大幅度地增加，3．8nm左右的中孔有进一步的扩展，且该孔径占主导地位。     

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.     

季节冻土区粉质粘土冻融过程结构演变试验研究

为考察不同冻结状态下冻融作用对粉质粘土表面孔隙结构的影响规律,利用氮气吸附法,对黑龙江省哈尔滨市万家地区的粉质粘土冻融前、冻融中和冻融后三种不同状态进行试验研究,分析了不同冻结状态下的孔隙结构变化特征。试验结果表明,冻融前、冻融中以及冻融后土的微观结构特征有一定的变化,表现为土样冻融后孔的比表面积较冻融前增加1.9%,冻融中土孔的比表面积较冻融前减少5.9%;冻融中的微孔孔容最大,冻融前的微孔孔容最小;冻融后的中孔累积孔容增加,冻融中的累积孔容减小,冻融前后孔隙的总体分布趋势无明显的变化。     

不同存在形式的钙对烟草焦孔隙结构的催化影响研究

本研究以废次烟梗为原料,通过水/盐酸洗去除烟梗中的无机质成分,再对酸洗后烟梗浸渍添加不同浓度的Ca(NO3)2和Ca Cl2,得到存在形式和浓度不同的含Ca烟梗,在600℃下快速热解制焦,最后用HCl溶液对制取的所有烟梗焦进行酸洗。利用XRF(X射线荧光光谱分析)和N2吸附/脱附法对水/酸洗以及置Ca前后的无机质成分含量和烟梗焦酸洗前后的孔隙结构进行分析测试,研究烟梗自身钙和外加钙浓度、钙盐种类等对烟梗焦孔隙结构的影响。结果表明:烟梗自身草酸钙和果胶酸钙等非水溶性钙对烟梗焦孔隙结构的催化作用很小,并转化成碳酸盐堵塞焦表面产生的孔。外加钙对烟梗焦孔隙结构的形成具有显著的催化作用,使焦比表面积大幅度增加,平均孔径显著减小,但产生的孔被外加钙生成的碳酸盐堵塞,须酸洗才能将它们显现出。另外,外加钙浓度越大,热解时间越长,钙催化强度越明显,且Ca Cl2催化强度远高于Ca(NO3)2。     

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。     

木质素热解制备焦炭的试验研究

利用管式炉热解装置在不同温度下对工业废弃的木质素进行热解制备焦炭的试验研究,对热解焦炭的产率和各项指标进行了分析。结果表明:当热解温度从300℃升高至700℃时,焦炭产率从72.94%下降至39.79%;焦炭中固定碳含量不断升高,热值从29.19 MJ/kg逐步升高至31.62 MJ/kg;当热解温度从300℃升高至600℃时,焦炭的比表面积从0.47 m2/g迅速升至13.63 m2/g,碘吸附值由185.51 mg/g增大到320.64 mg/g,而随着热解温度继续升至700℃时,焦炭的比表面积和碘吸附值迅速降低。因此,热解温度有利于焦炭品质和吸附性能的提高,但过高的热解温度会对焦炭的吸附性能起到一定的抑制作用。     

热解终温度对生物质半焦结构特性的影响

利用固定床制备不同终温生物质半焦。对所制半焦采用热重分析仪、扫描电镜、比表面积及孔径分析仪对半焦孔隙结构、在固定床中反应过程、半焦孔隙结构变化规律等进行分析,对所得实验数据采用分型FHH方程对进行拟合计算。结果表明:热解制焦终温越高,燃烧过程中半焦碳转化率越低;所制取的终温为600℃的半焦,表面最粗糙,孔隙最大;热解制焦终温越高,半焦表面越粗糙,半焦吸附性能越强,且分形维数D_(FHH)越大。     

石灰石煅烧/碳酸化过程中微观结构的演变特性

对石灰石煅烧/碳酸化过程中微观结构的演变特性进行了研究.结果表明:石灰石不同煅烧/碳酸化阶段产物的氮吸附/脱附等温线为Ⅳ型,并在煅烧过程和碳酸化初期存在H1型吸附滞后环;石灰石煅烧产物的比表面积和比孔容随煅烧时间的增加呈线性增加,而碳酸化产物的比表面积和比孔容随碳酸化时间的增加呈指数规律迅速衰减;石灰石完全分解产物的孔容分布曲线呈双峰结构,随着煅烧反应的进行,双峰峰值不断增大,而碳酸化反应导致峰值减小;微孔、中孔和大孔对孔容积和孔面积的增加贡献不同,微孔只对孔面积的增加有一定的贡献,而中孔和大孔对孔容积和孔面积的增加皆有较大的贡献;随着比表面积和比孔容的增大,石灰石煅烧转化率呈线性增大趋势,而CaO的碳酸化转化率呈指数衰减.     

半焦孔隙结构的影响因素

用氮气等温吸附(77K)方法测量了原煤及其加压、常压部分气化后半焦的BET比表面积,并通过BJH法计算了孔比表面积、孔容积、孔径和孔分布。根据测试结果,从气化操作条件、半焦颗粒粒径、半焦工业分析3方面分析了影响半焦孔隙结构的因素。常压喷动流化床气化中,挥发分析出或热解对半焦孔隙的生成和发展起到主导作用;而加压气化过程中,炭发生的气化反应对半焦孔隙的生成和发展有更加重要的影响。实验中发现在一定的气化工况下,煤焦存在一个合适的颗粒尺寸范围,能形成比较大的孔比表面积和孔容积,有利于增强煤焦的气化反应。     

亚铁盐对生物质碳结构及电容特性的影响

对生物质竹子负载亚铁盐热解制得的生物炭进行孔隙结构和傅里叶红外分析,并对热解焦炭制作超级电容器进行电化学实验研究。实验结果表明:负载亚铁盐的焦样孔径分布较为完整,具有良好的孔隙结构,高浓度负载得到的焦炭毛细凝聚现象更明显,其中30%浓度的Fe(CH_3COO)_2负载得到的焦炭毛细凝聚现象最为突出;在800℃高温下,焦炭表面官能团只剩下羟基和C==C键;相同浓度下FeSO_4比Fe(CH_3COO)_2和FeCl_2的加入对电容特性的影响效果更好;亚铁盐浓度的提高有利于活性焦炭制备的超级电容器电容特性的改善。     

温度对生物质固定床热解影响的研究

在固定床上研究不同温度下生物质的热解过程,采用微型气相色谱、傅立叶红外光谱仪、比表面积和孔径分析仪等研究了热解温度对棕榈壳热解气体产物的释放特性和固体残余物生物质炭的物化特性及生物质的热解机理。实验发现生物质的热解主要集中在400～700℃,高温有利于气体产物的析出,生物质炭的量及其所含的有机官能团(C=0,C-C,C-H,C-O和OH等)随热解温度的升高快速减少。在600℃时固体生物质炭有较高的比表面积和小的孔径,表面孔结构较均匀。