生物质水蒸汽汽化催化制氢研究进展

综述了生物质水蒸汽汽化催化制氢的研究现状,明晰了汽化反应机理,梳理了物料特性和反应条件对制氢效果的影响。介绍了天然矿石、镍基催化剂、碱及碱土金属催化剂在生物质水蒸汽汽化制氢方面的研究现状。提出长寿命新型催化剂是生物质水蒸汽汽化催化制氢的关键因素,结合生物质原料特性确定最佳工况条件,以提高氢气产率,并减少副产物焦油生成。

稻秸秆基腐植酸钾制备过程中原料结构变化特征研究

生化腐植酸是由农作物秸秆、木屑、蔗渣等农业废弃物通过化学或微生物发酵工艺制取的一种非煤腐植酸的新资源,是我国绿色环保肥料的重要资源,也是实现农业废弃物综合利用的重要途径。以稻秸秆为原料,HNO_(3)为氧化剂,采用HNO_(3)氧化法及碱提取法制备并提取了生化黄腐酸(FA)和生化腐植酸钾(HA-K),采用三组分分析、热重分析、固体碳核磁(^(13)C NMR)等分析方法探究了提取HA-K前后稻秸秆结构的变化。结果表明:经HNO_(3)氧化及碱提后,残渣(ER)中纤维素占比高达91.26%~96.78%;主要失重温度聚集于350~420℃(失重占比达75.49%),此温度属纤维素裂解范围;ER-10%60 min的^(13)C NMR谱图中,木质素乙酰氧基中的羰基、半纤维素中的羧基(N°1)和木质素中的芳香碳(N°2~6)消失。这些现象反映出HNO_(3)氧化和碱提过程打破了稻秸秆中连接三组分的氢键及酯键,木质素、半纤维素中的羰基和羧基官能团(N°1)以及木质素中的芳香碳(N°2~6)进入了FA和HA-K中,ER中仅剩纤维素为主要组分。

铁基碳铝催化剂的制备及其催化玉米秸秆热解制氢研究

以生物质玉米秸秆(CS)为原料,将废弃铝灰(WA)活化处理后得到的活化铝灰(AWA)作为载体,Fe为活性组分,采用水热炭化法(HTC)制备铁基碳铝催化剂(Fe/CS-AWA)并用于催化CS热解制氢。在探讨了Fe负载量对催化剂性能影响的基础上,进一步采用响应面(RSM)法优化了水热炭化条件对Fe/CS-AWA结构性质和催化CS热解制氢的影响规律。研究结果表明:与CS热解相比,AWA和CS混合水热炭化作为催化剂使CS热解产氢能力提高了19.11 mL/g;更重要的是Fe提高了CS-AWA的催化活性,且负载量为10%时,气体总产率为160.93 mL/g,氢气占比为39.96%。经RSM优化后的最佳工艺条件为:m AWA∶m_(CS)为2∶1、250℃停留时间60 min、炭化温度500℃。此工况下制备的Fe/CS-AWA催化CS热解的气体总产率为267.43 mL/g,H_(2)占比达37.80%。表征发现,Fe/CS-AWA表面形成了不规则的铁碳化物和Al—O—C中间体,提高了Fe/CS-AWA的催化作用。

温度、时间和催化剂对木质素热解产物分布的影响研究

采用热裂解气相色谱/质谱联用技术(Py-GC/MS)对碱木质素(AL)进行快速热解,探究了温度、时间及催化剂对热解产物分布的影响。结果表明:反应温度和时间对木质素热解产物的种类和产量具有显著影响。当热解温度为600℃,停留时间为5~10 s时,有利于提高木质素热裂解可冷凝挥发分的产量。在催化剂选择中,K2SO4有利于提高酯类(3.65%)的含量并降低醇类(5.40%)的含量;ZnCl2有助于增加糖类(2.72%)和醚类(6.62%)的含量,而减少酮类(4.70%)的含量;HZSM-5能促进酸类(11.12%)和醇类(13.58%)的生成,而抑制酚类物质(36.66%)的产生;当以MCM-41为催化剂时,酮类(11.44%)、烃类(3.06%)、呋喃(4.31%)和硫醚(5.19%)的含量最高,酸类、酯类、醚类和含氮化合物的含量均为0;在ZrO2存在的情况下,醛类(4.21%)含量最高。

生物质与塑料催化共热解制芳烃研究进展

芳烃是多用途的化学品,主要来源于石油和煤焦油等。以生物质和塑料为原料制取芳烃,可以缓解能源短缺和环境污染,实现生物质和塑料的资源化利用。催化剂能够增强共热解的协同效应,生物质与塑料进行催化共热解可以提高产物品质,改善热解产物分布,提高轻质芳烃的产率和选择性,抑制焦炭的生成。本文综述了生物质与塑料催化共热解制取芳烃的协同热解机理及影响因素,总结了不同种类催化剂的共热解研究进展,以期为生物质与塑料催化共热解定向调控制备芳烃工艺的改进和优化提供参考。

基于不同原料的碳分子筛制备技术及其应用研究进展

碳分子筛(CMS)具有孔隙结构发达、孔径分布均匀、热稳定性高等优点,可用于吸附、催化等领域。本文从CMS制备技术及其应用入手,介绍了煤、有机高分子聚合物和生物质作为CMS制备原料的性能差异,比较了活化法、沉积法、热缩聚法和模板法等方法制备CMS的优缺点,其中,炭化法、活化法及热缩聚法操作简单,但炭化法对原料要求高,活化法使用KOH等活化剂易产生有毒废水,热缩聚法则能耗较高;苯沉积法和模板法都可调节孔径结构,但苯沉积受沉积温度、流速等因数影响,而模板法与活化法一样,易产生有毒废水。重点阐述KOH活化法和苯类气相沉积法制备CMS的原理,以及可以利用减少CMS晶粒尺寸、引入空心或多级孔结构、保留微孔提供的催化活性中心等CMS改性方式来提高CMS性能。总结了CMS在吸附分离、催化等领域的应用现状,对CMS的发展方向进行了展望。

焦油模型物与木屑共热解产物分布规律研究

利用甲苯和乙酸为焦油模型物,以杉木屑为原料,在一级固定床反应系统中进行共热解实验,以实现木屑热解最大化脱除焦油产气,并探讨不同温度下共热解产物分布规律及产物之间的协同作用。结果表明,与木屑单独热解相比,木屑与甲苯、乙酸共热解产生的协同作用呈现出优越的焦油脱除效果。尤其,木屑与甲苯共热解可有效地将焦油产率减少81.47%,从焦油组分来看,含氧类化合物在共热解过程中不能有效脱除,而芳烃类化合物在热解过程中易通过高温共热解脱除,乙酸与木屑共热解的协同作用较甲苯强度稍弱。共热解产物产率变化受温度影响显著,其变化规律与纯木屑单独热解一致,热解温度升高对半焦、焦油的抑制效果增强,为焦油脱除及高效转化提供了理论基础。

荧光假单胞菌Pseudomonas fluorescens RN-88抑菌特性研究

本研究旨在利用拮抗菌防治植物病害,为桃的病害生物防治提供更多可行性的方案。以前期筛选获得的一株桃褐腐病拮抗细菌荧光假单胞菌(Pseudomonas fluorescens)RN-88为试验材料,采用杯碟法测定发酵液对桃褐腐菌(Monilinia fructicol)的抑菌活性,并结合抑菌圈法,研究了该菌在pH、温度、紫外线(UV)等不同环境中的稳定性。实验结果表明,细菌RN-88能显著降低桃褐腐病的发病率,其发酵液对褐腐病菌(M.fructicol)的抑制率可达44.69%。在过滤除菌后,相对于高温灭菌,发酵液中抑菌物质的损失较小。在pH 7.5~9.0的碱性溶液中,发酵液的抑菌活性有较好的稳定性,但在酸性溶液(3.0≤pH≤6.5)中处理后,其抑菌能力减弱。发酵液的抑菌率几乎不受温度和紫外线(UV)的影响。Pseudomonas fluorescens RN-88细菌具有较好的环境稳定性,具有开发成桃褐腐病生物拮抗剂的潜在价值,本研究为荧光假单胞菌作为新型生防菌的应用提供了理论依据,同时为实现桃病害的生物防治提供了更多可行性的方案。

烘焙棉秆的成型特性影响研究及工艺优化

文章以棉花秸秆为研究对象,对其进行烘焙预处理以提升燃烧特性与热值并降低粉碎能耗。采用单因素实验研究了成型压力、成型温度和原料含水率对烘焙棉秆成型燃料的松弛密度、吸湿性和抗压强度3个特性评价指标的影响。基于单因素实验开展了正交实验,探讨三者间的相互作用并对热压成型过程进行工艺优化。结果表明:烘焙预处理提高了棉秆的燃烧稳定性及粉碎效率,烘焙棉秆的粉碎能耗与棉秆原样相比降低了66.6%;在烘焙棉秆的热压成型过程中,成型燃料的特性评价指标在合适的压力范围内(3~23 kN)均随着成型压力的增大逐渐提升;而随着成型温度和原料含水率的增加,特性评价指标均呈现先上升后下降的趋势,并分别在成型温度为115℃和含水率为9%时出现拐点。根据正交实验得出烘焙棉秆热压成型的最佳工艺条件:压力为18 kN,温度为100℃,含水率为9%,此时制得的成型燃料的松弛密度、抗压强度和吸湿性分别达到1.220kg/m3,8.17 MPa和8.45%,完全符合我国生物质颗粒燃料的行业标准。

生物质焦油热解制富氢燃气的研究进展及展望

以探索生物质焦油热解制富氢燃气及催化剂制备新途径为目标,综述国内外生物质焦油的脱除技术及发展现状,着重阐述焦油的脱除方法及所用催化剂类型,明确利用助剂改性后镍基催化剂在焦油热解制富氢燃气方面具有极高的催化活性;最后,总结并展望氢的提纯、储存及利用途径,可为生物质焦油脱除和催化剂制备提供新思路,以期为生物质焦油热解制富氢燃气提供理论依据。

生物质与塑料催化共热解技术研究进展

生物质是唯一一种可再生碳源,其高效利用是解决能源与环境问题的纽带。近年来,基于化石能源的塑料制品使用和废弃量快速增加,其难于自然降解,对环境造成严重威胁。生物质与塑料的催化共热解技术能够得到选择性更高的产品,进而提升高附加值产物的产率和品质,是生物质与塑料规模化利用的重要方向。本文从生物质与塑料高效转化的角度出发,梳理了生物质与塑料催化共热解技术研究进展,对生物质与塑料共热解机理、ZSM-5基催化剂共热解、过渡金属基催化剂共热解、碱/碱土金属催化剂共热解、多催化剂共热解等不同种类的催化共热解研究前沿进行了综述,并对比了原位催化和非原位催化的共热解方式,展望了生物质与塑料催化共热解的主要技术和发展方向,以期为生物质与塑料的高效协同转化提供方法参考和研究思路。

氮掺杂生物炭的制备与应用研究进展

生物质不仅储量丰富、分布广泛且可再生,是一种亟待高值化利用的资源。将其炭化后制备的生物炭具有良好的理化性质,常被用于吸附污染物、制作电极材料。但与活性炭相比,生物炭存在孔隙结构欠发达、表面官能团种类和数量稀少等问题,其应用受到了很大限制。通过对生物炭进行N元素掺杂改性制成N掺杂生物炭(NBC)可丰富生物炭孔隙结构和表面活性位点,提高吸附、导电和催化性能。本文综述了国内外近几年来关于NBC的制备/改性方法(热解法、活化法、水热法、模板法和后处理法等)及其优点和局限性,梳理了各方法得到的NBC的形貌结构及表面化学特征,概括了氮掺杂对NBC的催化、吸附、电化学性能的影响及NBC在各领域的应用。以“制备-结构-性能及应用”相结合的思路,从NBC的应用角度逆向出发,思考如何通过探究N掺杂机理和优化制备方法,来充分发挥NBC在各领域中的应用价值,并对今后该领域的研究发展提出了展望。

厌氧消化系统酸化预警及调控技术研究进展

厌氧消化是有机废弃物资源化利用的重要技术之一,但在实际工程运行中,由于物料特性以及操作参数等因素变化,易引起有机酸累积,造成系统产气率下降,甚至酸化失败问题。本文在总结国内外研究进展的基础上,简述了酸累积的危害,剖析了引起酸化的主要原因,并分别从酸化预警、酸化调控两方面总结了厌氧系统在酸化前后所需采取的应对措施,建议进一步加强酸化预警指标体系的完善,突破环境耐受型微生物菌群驯化技术瓶颈,同时开展基于内源酸碱缓冲体系增强厌氧系统抗冲击性能方面的研究,以期为提高厌氧消化反应器的处理效率和运行稳定性提供参考。

生物质燃料土地利用变化对环境影响的研究

为了研究生物质燃料土地利用变化对环境的影响,首先,对我国近年来农作物的种植面积、农产品产量、土地利用变化及类型进行分析,其次,以玉米秸秆清洁水解制备乙酰丙酸乙酯为例,探究其生产和使用过程中对环境的影响。结果表明,我国农业作物资源潜力及储量巨大,为生物质燃料的生产提供了丰富的原料保证,是农业固碳的主要途径,具有很好的土壤碳汇作用。同时,以玉米、小麦、水稻为主要农作物的种植结构且种植土地类型为耕地时,1 g玉米秸秆产生0.124 g乙酰丙酸乙酯作为燃料使用时的排碳量和固碳量分别为0.28、1.10 g CO_(2),加上玉米秸秆收集、运输及转化为乙酰丙酸乙酯的过程中温室气体的排放量;生物质的生产和使用在一定程度上有望实现碳平衡,这为生物质燃料的额外需求所引起的土地利用变化对环境影响的评估提供了理论支撑。

基于AMS的^(14)C法对生物质与煤混燃掺烧比测定的研究进展

生物质与煤耦合燃烧不仅可以提高生物质资源利用率,还可以达到减排效果,以符合碳交易市场要求。将生物质与煤混燃技术广泛应用于发电厂,需要对生物质掺混比进行高精度测定。然而,当前工业技术测量的速度和精度还有待提高。基于加速器质谱(AMS)的^(14)C检测法能够更准确迅速地进行^(14)C含量的测定,从而得出生物质掺混比例。本文阐述了生物质掺混比的高精度快速测定方法,并从采样方法、^(14)C含量测定、掺烧比计算模型、误差分析等方面对基于AMS的^(14)C检测方法进行了分析,并提出了测量方法的改进建议和展望,以期对生物质与煤耦合燃烧输入侧掺混比精确快速测定提供科学参考和建议。

催化生物质焦油模型化合物热解规律的研究

为进一步开发可再生能源,探究了生物质焦油的催化转化路径。试验以分子筛为载体制备了Ni基分子筛催化剂,对生物质焦油相关模型化合物进行催化热解研究,考察了不同催化剂以及热解温度的影响。结果表明,Ni的负载很大程度上提高了催化剂的催化活性,促进了催化反应向气体产物方向进行;随着助剂金属Ca,Co的二次负载,金属间的相互作用进一步提高了催化剂的机械强度和反应稳定性。通过对热解温度的研究,发现随着温度升高,模型物转化率和热解气产率显著提高,高温促进了催化剂与模型物间的氢转移反应。各模型化合物在Ni-CaCo/HZSM-5的催化作用下,均可以从大分子有机物转化为小分子气体,其转化率可以达到90%以上。研究旨在为进一步深入研究焦油的催化转化奠定基础。

温度对废弃生物质热解规律及产物分布的影响

为探究有机固体废弃物热解规律及产物分布,以不同原料(木屑、污泥、生活垃圾)为研究对象,利用一级固定床反应系统研究持续升温下不同生物质热解性能的变化规律。结果表明:高温有利于促进生物质热解、提高热解气产率、降低焦油产率,尤其木屑热解受温度变化作用显著;木屑、污泥、生活垃圾经高温热解后焦油所含有机物的分布差异明显,其中木屑热解油中未检测出酸类物质,酚类、醇类物质占比随温度变化明显增加,酮类化合物占比变化不大;进一步通过不同指标论证了生物质热解制备高值燃气的可行性,得出生物质高温热解气具有很好的协同作用和良好的应用前景,是生物质高值化利用的重要方向,也是绿氢产生的重要途径。

中国多元林草原料生物质资源分布及醇类利用指标分析

中国林草原料资源丰富,对其分布的整理不仅有助于推动林草原料的综合利用,也有助于解决林草废弃物带来的环境问题。因此,该研究根据中国大陆地区的地理经纬度,对全国范围内的代表性林草原料进行了分区梳理,并筛选出了各地区的优势林草作物。对多元林草原料的分布与组成特性,水分、挥发分、纤维素含量、半纤维素含量、C元素含量、O元素含量、热值等进行了共性和个性指标的整理,确定了多元林草原料组成与结构分析的数据库检索字段。华东地区甜菜并不适宜作为生物质醇类利用中林草原料,氧元素含量较其他林草原料高出46%,玉米秸秆和水稻秸秆中O元素含量较低,适宜作为生物质醇类利用中林草原料;大豆中纤维素含量明显较低,比其他林草原料低40%,西南地区玉米秸秆高于其他林草原料;西北地区黑麦草和华东地区华南地区甘蔗的比热容值较高,在3.2~4.8 J/(kg·K),其他能源草比热容值多处于0.8~2.4 J/(kg·K)。深入分析各地区代表性林草原料作为醇类利用的指标,探讨多元林草原料的物理性质、化学组成、工业组成、元素组成以及醇类利用潜力的差异性、变异性和相关性。该研究为中国多元林草醇类利用提供了重要的基础支撑和数据参考。

中国现代能源体系建设进程评估

能源是国家经济社会发展的基石,构建现代能源体系对保障国家能源安全,如期实现“双碳”目标,推动经济社会高质量发展具有重要意义。本文基于清洁、低碳、安全、高效4个维度构建了现代能源指标体系,运用序关系分析法定量评价中国现代能源体系的历史进程,并进行国内外横向对比。结果表明:过去11年(2010—2020年),中国推动能源革命进程成效显著,2020年达到了世界平均水平,在全球76个主要经济体中排名第38位,落后于欧盟、美国、日本等发达经济体,领先于俄罗斯、印度等发展中经济体。中国高效指数排名明显落后于发达经济体,表明中国能效提升方面空间巨大,也说明更要重视科技投入;中国的安全指数排名比较靠前,证明了中国煤炭在能源安全中的“压舱石”地位,但是同样的原因导致中国的低碳指数相对落后;过去10年,中国能源清洁利用成效显著,但是排名整体靠后,说明中国能源的清洁开发利用依然任重道远。其中,中国能源结构指标、碳排放系列指标、能源强度指标是影响中国综合指数水平的关键性指标,尤其是能源强度指标。因此,首先,未来要加快构建以可再生能源为主、以化石能源为辅的现代能源体系;其次,新能源与低碳技术达到体量尚需时日,长期以来,煤炭支撑中国经济和社会较快发展,是中国能源安全保障的压舱石和稳定器,煤炭清洁高效利用仍需加强,而实现了清洁高效利用的煤炭就是能源清洁;最后,能源转型的关键是优化能源结构,要多能互补,集成热、电、气、冷,提升火电机组灵活性,而在终端消费方面提高能源效率,降低能源强度,实施电能替代,形成以电为中心的能源消费格局。

“双碳”目标下生物质热化学转化技术路径探讨

绿色低碳转型已成为不可逆转的主流趋势,“双碳”目标的提出促进了生物质能的多元化发展。生物质热化学转化技术因对满足全球可持续燃料的需求具有潜在的关键作用而被认为是一种很有前途的技术,但生物质热化学转化过程通常是复杂的、费力的和耗时的。为了充分了解生物质热化学转化过程的转化特性性能和产物产率的最大化,本文全面综述了生物质发电、生物质气体燃料、生物质液体燃料和生物质成型燃料方面的最新技术研究与应用进展,以及技术挑战,明确阐述了这些转化过程的技术原理和实施前景。进一步探索了生物质热化学转化技术多元化和综合利用路径,从经济和环境角度分析了热化学转化技术的可行性,发现生物质可持续制氢的热化学途径具有相当大的前景,可持续航空燃料的宏伟目标为液体燃料的商业发展提供机会。最后,在“双碳”目标下,展望了不同生物质热化学转化路径。