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文檔簡介
1、化石能源的資源有限性和環(huán)境污染問題促使人們開始尋找清潔、廉價的可再生能源。生物質廢棄物是地球上唯一的、可再生的有機石油的替代品。傳統(tǒng)的焚燒處理方式不僅會污染環(huán)境,還會浪費能源。水熱碳化是一種高效的廢棄生物質資源化技術。水熱碳化是指將生物質廢棄物置于高溫(150-350℃)水溶液中停留一段時間,脫水脫羧形成具有明確理化性質的固體產(chǎn)物。本文在高壓反應釜上進行水熱碳化試驗,具體研究內(nèi)容如下:
采用正交試驗方案研究了原料組分、反應溫度
2、和停留時間對水熱碳化的影響。結果表明,對于碳化物產(chǎn)率、能量密度和能量產(chǎn)率而言,三種反應參數(shù)的影響性從大到小的排序為:原料組分,反應溫度,停留時間。水熱碳化反應后,四種反應原料的 C元素質量百分數(shù)增大幅度從大到小排序為半纖維素,木質素,纖維素和木屑,四種反應原料的H、O元素質量百分數(shù)和H/C、O/C原子比減小幅度從大到小排序皆為半纖維素,纖維素,木屑和木質素。SEM分析結果表明,半纖維素水熱碳化反應后會形成大量直徑為1-10μm的微球結構
3、,纖維素碳化物表面也有微球結構,而木屑只有在適宜的反應工況下才會形成少量微球結構,木質素碳化物的表面則既沒有裂紋,也沒有小孔。
以微晶纖維素為反應原料,考察了反應溫度和停留時間對纖維素水熱碳化碳分布的影響,并對碳化物的物理化學特性、微觀結構進行了研究,以及從反應機理角度進行解釋。結果表明,原料中的碳大部分都保留在了碳化物中,占71%-75%,其余部分被轉移至液相和氣相。隨著溫度和時間的增大,碳化物的產(chǎn)率降低,熱值升高,O/C原
4、子比降低。SEM顯示當溫度達到220℃時,碳化物表面開始形成微球結構,且隨著溫度和時間的增大,微球結構均一性、分散度越來越好。FTIR表明碳化物表面生成羥基和羰基等官能團,水熱碳化過程中會發(fā)生脫水和芳香化反應。
分別以微晶纖維素和微晶纖維素+丙烯酸為原料制備了水熱碳化物,再用KOH浸漬法進行化學活化,隨后又以這四種水熱碳化物和活性炭材料為吸附劑,比較了對Cu2+的吸附性能。結果表明,纖維素+丙烯酸碳化物形成的微球結構較纖維素碳
5、化物的粒徑變小了,表面變粗糙了。纖維素和纖維素+丙烯酸活性炭表面呈多孔海綿狀,微球結構被完全破壞了。FTIR分析結果表明加入丙烯酸可以增加碳化物中羧基等含氧官能團的含量,而化學活化過程又在一定程度上破壞了碳化物表面的官能團。氮氣吸脫附等溫線結果表明,纖維素和纖維素+丙烯酸碳化物基本沒有孔隙結構,纖維素和纖維素+丙烯酸活性炭孔隙結構豐富,且以微孔為主。四種吸附劑的吸附量從大到小排序為纖維素活性炭、纖維素+丙烯酸活性炭、纖維素碳化物、纖維素
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