生物油蒸馏残渣理化性质及热失重研究

利用傅里叶变换红外光谱仪、激光共焦显微拉曼光谱仪和TGA Q500热分析仪对生物油蒸馏残渣及其在不同温度处理后的热解焦炭理化性质进行表征,并对其热失重特性进行分析。结果表明,生物油蒸馏残渣主要是由脂肪族、芳香族和低聚糖类等有机化合物组成;在氮气氛围下热解主要分为三个阶段:30-145℃为小分子物质挥发析出阶段145-550℃为大分子物质裂解和氧化阶段,550-750℃为焦炭产生阶段;热处理过程中各类物质逐步有序热解析出,同时固体产物石墨化程度随着热处理终止温度的升高而升高。

生物油蒸馏残渣热解特性研究

采用TGA Q500热分析仪和傅里叶变换红外光谱仪联用技术,对生物油蒸馏残渣在不同升温速率下的热解动力学特性进行分析研究。结果表明:生物油蒸馏残渣热解可分为小分子物质挥发析出、大分子物质裂解和焦炭产生3个阶段,热解产物主要为水、烷烯烃、CO_2和芳香类物质。在不同升温速率10、20、30℃/min下,热解主要阶段反应级数均为2级,活化能分别为74.19、72.52和69.05 kJ/mol。随着升温速率的增大,热重曲线整体向高温区移动,热解主要阶段活化能逐渐减小。

重质生物油理化性质及其热解特性研究

利用核磁共振波谱仪(NMR)与气相色谱/质谱联用仪(GC/MS)对重质生物油理化性质进行表征,并应用热重分析仪(TG-DTG)与热裂解仪-气相色谱/质谱联用仪(Py-GC/MS)对重质生物油热解特性进行研究。结果表明:重质生物油主要由芳香族化合物和糖类物质组成。重质生物油在N2氛围下热解主要分为三个阶段:室温~300℃为蒸发段,300~520℃为热解段,520~800℃为成焦段。重质生物油经不同温度热解后,产物种类有明显差异:中温段(低于500℃)热解时,产物种类随温度的升高逐渐增加;高温段(高于500℃)热解时,随着热解温度的提高,产物种类逐渐趋于稳定。

催化共水热处理辅助增强餐厨垃圾消化剩余物的能源潜力:水热炭的热解和燃烧性能

催化水热处理被认为是含碳废弃物最具前景的能源回收技术之一,有助于实现废弃物能源化和资源化利用。本研究使用碱性催化剂K_(2)CO_(3)和Na_(2)CO_(3)辅助共水热处理从餐厨垃圾消化剩余物和木质废弃物中制备水热炭。基于水热炭的工业分析、元素分布、热值、表面官能团和形貌分析等理化性质,分别采用TG-FTIR-MS和TG-DSC进一步研究了水热炭的热解气态产物和燃烧性能。此外,研究了水热炭的燃烧动力学和热力学。结果表明Na_(2)CO_(3)辅助制备的水热炭(HC-Na)具有更高的热值(26.85 MJ·kg^(−1))和钙成分,而K_(2)CO_(3)辅助制备的水热炭(HC-K)具有更丰富的官能团和碳含量。水热炭的热解气态产物富含碳氢化合物。HC-K表现出更好的综合燃烧性能,通过Flynn-Wall-Ozawa和Kissinger-Akahira-Sunose方法其活化能分别为79.32和67.91 kJ·mol^(−1)。这些结果为通过催化共水热处理提高含碳固体废弃物的综合利用提供支持。

核桃壳生物油蒸馏残渣制备活性炭

以核桃壳生物油蒸馏残渣为原料,采用KOH活化法制备活性炭。研究了不同炭化温度和升温速率对制备活性炭孔隙结构的影响,并采用傅里叶红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)等方法对炭化料和活化料进行表征。结果表明,炭化温度和升温速率均会影响炭化料的碳质微晶尺寸和表面官能团强度,核桃壳生物油蒸馏残渣在升温速率10℃/min、炭化温度400℃(2h)和KOH活化1h(碱炭比为3∶1)条件下得到的比表面积最大,为2056m^2/g,碘吸附值为1891mg/g,亚甲基蓝吸附值为407mg/g。本实验为生物油蒸馏残渣的利用提供了一种新的途径。

炭化程度对核桃壳焦孔隙结构和燃烧特性的影响

利用傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)、扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)研究了炭化程度对核桃壳焦孔隙及微晶结构的影响,并使用热重-差示扫描量热仪(TG-DSC)对核桃壳焦及其原料的燃烧特性进行了分析。结果表明,合适的炭化程度(焦炭挥发分含量为6%-15%)使焦炭内乱层石墨变得无序,碳质微晶结构中缺陷增多,导致焦炭内孔隙结构相对发达;热解温度为500℃时,核桃壳焦的比表面积最大,为374.60m2/g;热解温度为600℃时,核桃壳焦的燃烧特性最优,其燃烧特性指数为7.16×106;合适的炭化程度可使焦炭内的挥发分含量减少,从而使得核桃壳焦的高位热值升高,且由于相对发达的孔隙使焦炭在燃烧时与空气的接触面积增大,导致焦炭的燃烧速率加快。

基于不同萃取剂的生物油常压蒸馏研究

选用乙酸乙酯、二氯甲烷、乙醚和甲苯四种溶剂,分别与生物油按一定质量比混合萃取。将萃取相蒸馏得到的四种油相层与原始生物油进行对比,研究不同萃取剂对生物油萃取-蒸馏后各馏分的产率、水分及高附加值酚类组分变化的影响。结果表明,经萃取-蒸馏后,生物油残渣比例减少,水分含量降低。在四种溶剂中,甲苯萃取率较低,蒸馏后酚类绝对峰面积较小;乙酸乙酯和乙醚萃取效率较高,但两者萃取相蒸馏后酚类含量低;二氯甲烷萃取酚类能力强,其馏分中愈创木酚及其衍生物相对含量为34.11%,比生物油高出15.52%,富集程度高,更有利于后续进一步提纯愈创木酚及其衍生物等高附加值化学品。

核桃壳热解分级冷凝产物分布特性研究

为研究热解温度、载气流量和冷凝温度对核桃壳热解产物分布的影响,在实验室研制的生物质热解与分级冷凝装置上对核桃壳热解进行实验研究,结果表明:液体产物收率随着热解温度的升高而增加,但增加速率逐步降低;载气流量对液体产物总收率及各级液体产物收率影响较小;冷凝温度对液体产物总收率影响较小,但对各级生物油的收率影响较大。GC/MS分析表明:热解温度为450~500℃时,酚类物质含量达到最大值;随着二级冷凝器温度的升高,二级生物油中酚类物质富集程度逐渐提高,酸类物质的富集程度逐渐降低,二级生物油的收率逐渐下降。