微型流化床内松木屑和煤泥等温混合热解特性

采用微型流化床反应器对松木屑和煤泥的等温混合热解气体释放行为进行实验研究。探讨不同温度和掺混比例对CH₄、CO、CO₂与H₂释放特性的影响,并通过模型配合法求解其动力学参数,研究松木屑和煤泥混合热解过程的相互作用。通过FT-IR检测发现煤泥的主要成分为含有C-O和C==O键的芳香化合物,松木屑则以带-OH键的长链脂肪烃为主。在等温稳定反应阶段,松木屑热解气体生成速率高于煤泥,随着生物质掺入比例的不断提高,混合原料气体生成反应速率亦呈现不同程度的增加。利用模型积分法求解了松木屑、煤泥及其混合物热解气体生成动力学参数,并通过实验值和计算值对比筛选出了最概然机理函数。通过活化能对比发现,混合热解对4种气体组分生成具有不同的影响作用,其中CO实验活化能明显低于计算值,表现为二者协同作用利于CO的生成释放;对H₂而言,在75%混合比例条件下,混合反应导致其生成活化能呈现协同负效应,使得活化能实验值明显高于计算值;相较而言,CH₄在混合热解过程影响相对较弱,并呈现小幅度的协同负效应,而CO₂的生成特性则受混合比例的影响较为明显。     

城市水源水库及入库河流沉积物中总有机碳和黑碳的时空分异及其对多溴二苯醚的影响

为了解城市水源水库沉积物中总有机碳（TOC）和黑碳（BC）的时空分异及其对典型持久性有机污染物（POPs）——多溴二苯醚（PBDEs）的影响,本文分析了泉州山美水库及入库河流沉积物中TOC和BC的含量、赋存总量、空间分布、水文期变化、BC和TOC的关系及两者对PBDEs时空分异的影响。结果表明：TOC和BC含量分别为15.08mg/g±2.70mg/g（10.87~19.61mg/g）和3.55mg/g±1.14mg/g（2.08~6.92mg/g）,赋存总量分别为107445t和25294t,较国内外其他湖库处于中低水平。TOC和BC的时空分异规律存在差异,TOC主要受水文期变化的显著影响（P<0.001）,而BC则受空间分布的显著影响（P=0.001）。TOC与BC无显著相关性（P≥0.226）,显示两者来源不同,TOC较BC更易受到入库河流输入的影响。山美水库各水文期BC/TOC（丰水0.24±0.09、枯水0.21±0.06、平水0.27±0.08）均介于0.11~0.5,显示其BC为生物质燃烧和部分化石燃料燃烧的复合来源。入库河流BC受生物质燃烧源的影响大于库区。ΣPBDEs、Deca-BDE和Nona-BDE的时空分异受到了TOC的显著影响,且Deca-BDE降解产生的主要低溴BDE的时空分异也受到了TOC不同程度的影响。各水文期TOC和PBDEs的主要污染源相同,均为入库河流,且二者空间分布规律大致相同,TOC是PBDEs时空分异的重要控制因素。各水文期BC与PBDEs因来源不同而均无显著相关性,但BC可大量吸附固定局地污染源释放的PBDEs,对其时空分异仍有重要影响。     

生物质协同流程工业节能、降污、减碳路径思考

流程工业的低碳/零碳/负碳转型,需从节能、降污、减碳出发,根本上要在能源和原料供给侧摆脱传统化石能源的束缚。风电、光电、水电等为未来社会提供源源不断的可再生能源,但其不具备资源属性,而生物质兼具能源和资源属性,是未来替代化石燃料和原料的重要载体。本文指出,当前生物质转化主要集中在能源、材料、化学品等领域,以生物甲烷、乙醇、航煤等为代表的生物质能源取得了阶段性成果。将生物质转化技术与流程工业耦合,是当下流程工业低碳转型的重要手段,也是实现未来零碳/负碳目标的根本性措施。本文从生物质气化热电联用、生物质气化与燃煤耦合发电、水泥工业生物质替代燃料等案例出发,简要阐述了生物质转化与流程工业耦合面临的挑战,以及未来亟需发展的可再生能源为主的流程再造新理论和前沿颠覆性技术。     

乙醇甲烷联产对提高蒸汽爆破预处理能源草生物转化效率的作用

为实现木质纤维素原料的全纤维素组分的充分利用建立了乙醇发酵统合厌氧消化产甲烷的生物转化策略。研究选取在中国北方地区广泛种植的3种能源草,通过在2种强度系数(SF)下蒸汽爆破预处理后,进行乙醇-甲烷联产实验。结果表明:在乙醇发酵阶段,强度系数为2.46预处理的杂交狼尾草(Pennisetum americanum×P.purpureum)、柳枝稷(Panicum virgatum)和芒草(Miscanthus)的最大乙醇浓度分别为16.4、11.8和11.5 g/kg,对应的纤维素转化率分别为59.6%、58.9%和55.2%。而当强度系数提高到3.79时,最大乙醇浓度分别达到26.9、25.2和22.1 g/kg,纤维素转化率分别为79.8%、72.4%和67.3%。在后续的甲烷化阶段,强度系数为2.46时预处理的能源草发酵残留物有较好的产甲烷能力,分别获得311.5、345.6和313.8 mL/gVS的甲烷产率,这一结果是强度系数为3.79时的1.11、1.26和1.21倍。质量平衡分析结果显示:1 kg能源草(干重)通过乙醇-甲烷联产最高可生产127.3 g乙醇+124.7 g甲烷,全纤维素转化率高达92.8%,证明乙醇-甲烷联产工艺可获取更高的生物转化率,而且对不同预处理条件下的不同能源草都具有通用性和适用性。     

木质纤维素新型预处理与顽抗特性

木质纤维素是地球上最丰富的可再生生物质资源,其中纤维类多糖的酶催化降解是木质纤维素生物精炼的关键环节之一。对木质纤维素进行预处理,破坏底物的顽抗特性,是实现木质纤维素高效酶解糖化的必要途径。为此,各国学者围绕预处理技术开发以及底物顽抗特性开展了大量研究,本文对近几年来在这两方面取得的最新成果进行了综述和分析。在预处理方面,重点介绍了组合预处理、低温预处理、绿色溶剂与电化学预处理4类新型预处理技术,并对预处理效果与技术优势进行了评价;在底物顽抗特性方面,综述了木质素、结晶度、酶可及度等不同顽抗特性对纤维素酶解的影响规律,重点总结了近年来顽抗特性研究方面的新方法、新认识与新理解。上述研究成果有助于了解当前木质纤维素预处理研究的导向以及明确制约纤维素酶解的关键因素,为设计和筛选适宜的预处理方式、深刻理解纤维素酶解机制提供基础和指导。     

北方农村复合颗粒燃料取暖全生命周期评价研究

以秸秆和煤为原料制备复合颗粒燃料,利用全生命周期评价方法,研究颗粒燃烧取暖全生命周期过程中的能源消耗和环境影响。结果表明：颗粒燃料取暖全生命周期过程中能量投入为908 MJ/t,燃烧释放热量15490 MJ/t,能量产出投入比为17.1,能源转化效率较高。颗粒燃料的能量投入主要来自玉米种植,种植过程中的氮肥使用消耗较多能量。对气候变化（GWP）和酸化（AP）贡献较大的清单数据为颗粒燃料的燃烧,其中燃烧污染物排放的直接贡献最大,贡献率分别为53.22%和46.08%;对水资源消耗（WU）贡献较大的清单数据为颗粒燃料的压制,贡献率为71.56%;对富营养化潜值（EP）贡献较大的清单数据为颗粒燃料燃烧后的废渣排放,贡献率为43.40%。     

生态文明视角下农业生产效率评价——以广东省为例

根据 2010—2016 年广东省 21 个地级市的面板数据构建农业生产效率投入产出指标,利用三阶段 DEA 模型对广东省农业生产效率进行实证。结果表明：广东省农业综合技术效率持续提升,规模效率是制约大部分地区农业生产效率的主要原因;城镇化水平、科技和教育程度对农业生产效率有正向影响,受灾面积对农业生产效率有负向影响,农业财政支出对农业的支持并没有达到理想效果;农业生产效率地区差异明显,珠三角农业生产效率最高、粤北最低。基于这一结果,提出各研究单元农业生产效率提升方向和推进新型城镇化进程、培育新型职业农民、引导绿色循环优质高效特色农业发展、完善土地流转制度的建议。     

生物质炭煤粉高炉混合喷吹性能分析

在“双碳”目标积极推进的背景下,节能减排已经成为当前钢铁工业绿色可持续发展的重要任务之一。生物质作为可再生的碳源,应用于高炉炼铁可显著降低钢铁生产的CO₂排放。为改善生物质原料应用于高炉喷吹的冶金性能,分别采用热解炭化和水热炭化对生物质原料进行炭化提质制备生物质炭,并探究了生物质炭与煤粉混合搭配进行高炉喷吹的可行性。结果表明,生物质水热炭和热解炭的挥发分高于烟煤,当生物质炭以5%～20%比例与煤粉混合时会使混煤的固定碳含量和发热值降低,但降低幅度较小。当生物质炭配比低于20%时,混煤无爆炸性,着火点大于350℃,满足高炉制粉和喷吹系统的安全性能要求。生物质炭具有较好的可磨性和燃烧性,能够改善混煤的制粉性能和风口前的燃烧性能。生物质热解炭灰成分中含有较高的碱金属,造成生物质热解炭混煤的灰熔点降低幅度远大于生物质水热炭混煤。通过对生物质炭混煤方案的碱负荷变化分析发现,高炉喷吹生物质热解炭对高炉冶炼碱负荷影响大于水热炭,生物质炭配比为20%,高炉喷煤比为140 kg/t时,生物质热解炭混煤方案的碱负荷增加0.394 3 kg/t,生物质水热炭混煤方案的碱负荷增加0.00...     

生物质基石墨烯复合材料的综述

近年来石墨烯因其优良的力学、电学、热学和光学等特性,在学术界备受广泛关注。石墨烯与生物质分子之间能够通过共价或非共价作用（氢键、π-π作用、静电作用等）进行复合。这些相互作用既增加了石墨烯在生物质中的溶解性或分散性,也可以提高复合材料的性能,从而拓展其功能。本文综述了石墨烯的制备方法及生物质基石墨烯复合材料的制备及应用,并展望了生物质基石墨烯纳米材料的前景及意义。     

脱灰生物质焦的催化气化反应及动力学

利用扫描电镜-能谱仪及热重分析仪研究了添加钾盐催化剂的脱灰生物质焦的物理结构、化学成分及其与CO₂的气化反应,并分别采用均相模型和收缩未反应核模型对实验数据进行处理,得到动力学参数.研究发现钾盐对脱灰生物质焦-CO₂气化反应有明显催化作用,可提高整体反应速率,并减少反应时间.随着钾盐的增加(质量分数在0%~4%的范围内),附着在生物质焦表面的富钾催化点增多,催化作用逐渐增大,反应的活化能逐渐降低.由于(脱灰)生物质焦的灰分含量很低,与未反应核模型相比,均相模型更适合于描述生物质焦-CO₂的气化反应过程.