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。

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。

芳烃类氢载体催化转化制氢的研究

以分子筛为载体,采用不同辅助方法浸渍法制备镍基负载型分子筛催化剂,并在固定床反应器中研究了镍基分子筛催化剂对生物质焦油芳烃类氢载体——甲苯的催化热解制氢性能,考察了不同分子筛、辅助方法及工艺条件的影响,对催化剂的使用寿命进行了研究;并采用XRD、SEM、BET等方法对催化剂进行表征分析。研究结果表明:以HZSM-5(硅铝比25)分子筛为载体,采用超声波辅助浸渍法,且当超声波处理时间为20 min,超声波功率为80 W,Ni负载量(以分子筛质量计)为8%时制备出的Ni/HZSM-5分子筛催化剂的催化活性最强,在700℃下催化甲苯40 min的氢气产率可以达到76.6 mL/g,甲烷产率为27.6 mL/g,总气体产率为108.9 mL/g,甲苯转化率为76.8%,积炭量为238.2 mg/g,催化剂比表面积为241.8 m^(2)/g,总孔容为0.19 cm^(3)/g,平均孔径为3.16 nm;Ni的负载不会对HZSM-5的晶体结构造成明显影响,但Ni组分的加入起到了很好的催化效果,Ni/HZSM-5催化剂稳定性得到了提升,使用寿命得到了延长,对甲苯的催化制氢性能优于四氢萘、苯酚和乙酸。

基于分子筛催化剂的玉米秸秆与聚丙烯催化共热解

采用双金属(Zn,Al)改性MCM-41催化玉米秸秆与聚丙烯共热解制备芳香烃,并基于旋转床反应器研究玉米秸秆与聚丙烯催化共热解的产物分布。结果表明:催化剂的添加对热解产物的分布影响显著,在质量分数为1%的Zn和3%的Al共改性MCM-41的催化作用下,芳香烃(24.31%)含量最高,含氧化合物(12.37%)含量最低。旋转床催化共热解实验中,随着反应温度(500~800℃)的增加,生物油的产率逐渐下降,生物油中烯烃和含氧化合物含量的下降使得芳香烃的含量显著增加。随着催化剂添加量(1∶0~1∶10)的增加,生物油的产率逐渐减少。热解油中芳香烃的含量显著增加,烯烃和含氧化合物的含量下降。随着转速(0~20 r/min)的增加,生物油的产率呈现先减小后增大的趋势,生物油中芳香烃、烯烃和含氧化合物含量的最值均在15 r/min时获得。

可逆热致变色纤维素膜的制备及性能

采用真空辅助浸渍法将热致变色复合物(TC)浸渍到纤维素膜(Cellulose film)中,成功制备了可逆的热致变色纤维素膜(TC film)材料,并对热致变色纤维素膜的性能参数进行表征分析。结果表明热致纤维素膜具有合适的相变温度、较大的潜热和良好的热稳定性。更重要的是,热致变色纤维素膜具有优异的可逆热致变色能力,通过颜色从深蓝色到灰白色的变化,可以明显地显示相变过程和温度。优异的可逆热致变色能力和热稳定性使热致变色纤维素膜在保温、装饰、家具和储存等方面有着巨大的应用潜力。

生物质资源能源化与高值利用研究现状及发展前景

生物质是唯一能够直接转化为燃料的可再生能源,其开发利用既可以弥补低碳能源的需求,减少环境污染,也是中国实现“碳中和”目标的重要手段。该研究围绕以秸秆为主的生物质资源制备清洁能源和高值利用的总目标,系统分析生物质资源通过生物或热化学等转化途径制备气、液、固三相清洁能源的综合利用技术和模式,重点论述厌氧消化制备生物燃气、水热催化炼制醇烃燃料、裂解液化与生物油提质和生物质制备固体燃料4项技术发展现状与研究进展。在4项生物质转化技术中,厌氧消化制备生物天然气工业化程度最高,由于其大都基于大型养殖场建立,可有效解决原料收集问题,而且厌氧消化技术与沼气净化技术相对较为成熟,生物天然气可直接作为燃料、电力和热力来源供用户使用;由于生物质制备液体燃料中存在转化过程成本较高、产物分离困难、提质效率低、产品不稳定等问题,很难与当前应用端平稳接轨,因此水热催化炼制醇烃燃料、裂解液化制备生物油技术规模化发展水平较低;对于生物质制备固体燃料,其成型技术较为成熟,配套炉具的研发也有效解决了成型燃料应用端的问题,其规模化应用最大的难点在于原料的收集与存储。文章最后对未来生物天然气、生物质液体燃料与固体成型燃料发展前景进行展望,为实现农村生物质资源高效制备清洁能源及高值利用提供借鉴。

瑞典生物质能发展状况及经验借鉴

作为一个传统化石能源相对匮乏的国家,瑞典近年来大力发展生物质能利用技术和产业,实现了从使用石油、煤等化石能源到使用生物质能等可再生能源的转变,生物质能最终成为瑞典第一大能源,为生态环境和经济社会的可持续发展做出了重要贡献。文章概述了瑞典生物质能利用技术的发展状况,总结了瑞典生物质能发展的主要措施和经验,以期为我国生物质能的发展提供求同存异、因地制宜的方法和途径,也为推进我国农村能源革命和生态文明建设提供参考。

生态文明理念下河南省能源绿色低碳发展研究

能源支撑和推进着人类社会的发展和进步,但同时由于能源的不合理利用而引起大气污染和气候变化问题,日益威胁到人类社会发展,而生态文明建设对能源的发展和利用起着重要的指导作用.通过对河南省能源发展现状及存在问题进行论述,指出能源绿色低碳发展对建设生态文明的重要性,分析了发展生物质能源对生态文明建设的经济、社会、生态、环境效益,并从生态文明理念的角度对河南省能源发展趋势提出了相关建议措施.加强能源总量控制,优化调整能源结构,加大政府财务奖励补贴政策和提高企业能源利用效率是实现河南省能源绿色低碳发展的必要途径.

响应面法优化生物质基磁性固体酸催化玉米秸秆直接水解制备糠醛的研究

以获取玉米秸秆水解制备糠醛的最佳工艺条件为目的,研究在有机溶剂甲苯的存在下,以生物质基磁性固体酸作为催化剂,玉米秸秆为原料,利用Design-Expert.V8.0.6.1中的Response Surface模块设计4因素(萃取剂用量、催化剂用量、水解温度、水解时间)3水平的Box-Behnken试验,通过分光光度法测定水解液中糠醛得率,确定生物质基磁性固体酸催化玉米秸秆直接水解制备糠醛的最佳工艺条件。结果表明,通过Box-Behnken试验数据建立的二次多项式数学模型的P=0.0003<0.01,失拟项P=0.001<0.01,达到极显著水平,校正决定系数R^2=0.9922,预测值与实验值具有很好的拟合度。通过二次回归模型得到生物质基磁性固体酸催化玉米秸秆直接水解制备糠醛的最佳工艺条件为:萃取剂用量25 mL,催化剂用量2.5 g(以1 g生物质原料为标准),水解温度158.8℃,水解时间4.1 h。在该条件下直接水解玉米秸秆所得糠醛得率为5.07%,预测值为5.08%,两者相差0.01%,模型拟合度好,重复性好;说明用此方法直接水解玉米秸秆制备糠醛是可行的。

基于生态文明建设需求的河南省生物质能的发展与思考

通过分析当前河南省生物质能资源的发展情况,对河南省生物质能资源量、资源消耗及开发利用技术现状进行分析总结,提出河南省生态文明建设面临的主要问题,指出生态文明建设与生物质能发展的关系,提出基于生态文明建设需求的河南省生物质能发展的对策建议,为后续建立适合河南省生物质资源状况的、地区经济发展的并以生物质能资源为基础纽带的生态文明体系提供基础,从而推动河南省生物质资源绿色高效开发利用.

农林废弃物冷压成型过程热特性分析

针对生物质颗粒冷压成型过程,选取三种常见农林废弃物(木屑、小麦秸秆、玉米秸秆)进行压缩试验,分析含水率、温度及不同压力条件对原料和压缩过程中压块热特性所产生的影响.研究发现:随着含水率的提高,压块导热系数也随之增大,其增加规律基本呈线性变化;相对于木屑,小麦秸秆和玉米秸秆导热系数受温度影响较小,但仍随着温度的升高而升高,而低温(30~60℃)下木屑导热系数受温度影响较大;随着压力的增大,木屑与秸秆压块的导热系数均呈上升趋势,且木屑的导热系数变化较大;各生物质原料及压块的比热容随着含水率的提高均有较大幅度提高,秸秆及其压块受含水率影响更为明显.

石墨基炭材料的制备及其性能

以天然鳞片石墨为原料,高锰酸钾(KMnO4)、浓硫酸(H2SO4)、过氧化氢(H2O2)、乙酸(CH3COOH)为氧化插层体系,采用化学氧化法制备石墨基炭材料.采用7因素3水平正交试验L18(3^7)研究不同氧化插层体系配比对石墨基炭材料膨胀体积的影响;通过拉曼光谱(RSM)、扫描电镜(SEM)、比表面积及孔径测定仪(BET)表征石墨基炭材料的性能.结果表明:当氧化插层体系配比为m(KMnO4(g))∶V(H2SO4(mL))∶V(H2O2(mL))∶V(CH3COOH(mL))=1∶10∶2∶2时,在40℃恒温水浴下搅拌60min,80℃下干燥4h制备得到可膨胀石墨;然后,在700℃下高温膨胀得到石墨基炭材料.在该条件下得到的石墨基炭材料的最大膨胀体积为230mL/g.经氧化处理过的石墨高温膨胀后石墨层结构发生了明显变化,无序度增加,结晶度减小;石墨基炭材料的外观蓬松,呈卷曲状,层间孔隙大小明显;最大吸附量可达到75.9cm^2/g,具有较好的吸附性能;最大孔隙结构直径为369.10nm,具有发达的孔隙结构.本研究成果可为石墨基炭材料的制备提供方法和应用依据.

以生物质能为纽带的河南省生态文明建设模式研究

为了探究以生物质能为特色的河南生态文明建设模式,分析河南省生态文明建设的发展现状及面临的困境.基于河南省为农业大省、畜牧大省,农林剩余物丰富的突出特点和优势,提出了以生物质能为纽带河南生态文明建设的命题.阐述了生物质能发展与生态文明建设的互促互进的辩证关系,并以调研案例出发,凝练出了生态文明理念下河南生物质能清洁高效发展的模式和对策建议,为以生物质资源为纽带的河南生态文明建设提供参考.

基于响应面模型对花生壳基活性炭工艺的优化

为优化木质活性炭制备的工艺条件,以农林废弃物花生壳为原料,磷酸为主活化剂,硫酸为辅助活化剂,利用响应面模型分析磷酸质量分数、浸渍比(活化剂体积与花生壳质量比)、活化时间、活化温度对活性炭性能的影响。结果表明:通过Box-Behnken试验建立的二次多项式数学模型的P值都小于0.000 1,校正决定系数(R^2)分别为0.990 2和0.997 8,变异系数(CV)<10%,试验的可信度和精确度高,回归方程成立。通过二次回归模型得到磷酸-硫酸活化法制备花生壳基活性炭的最佳工艺条件为花生壳粉末1 g,磷酸质量分数57.7%,浸渍比2∶1,活化时间117 min,活化温度550℃。在最佳工艺条件下,制备的活性炭亚甲基蓝吸附值为147.2 mg/g,碘吸附值1 022.03 mg/g,实际值与预测值接近,重复性好。利用磷酸-硫酸活化法制备的花生壳基活性炭的内部中小孔较发达,具有较强的吸附能力和脱附能力。

介孔催化剂的制备表征及在合成气制低碳醇中的应用

采用真空浸渍法制备了一系列修饰有ZrO_2的介孔Al_2O_3负载的CoCu双金属介孔纳米复合催化剂.对催化剂进行了X射线衍射(XRD)、N_2吸脱附实验(BET)和H_2-程序升温还原表征(H_2-TPR),系统考察了催化剂的物相结构、比表面积、孔结构以及H_2还原性能.并将催化剂用于合成气制备低碳醇的反应中,发现此催化剂具备良好的CO加氢活性和低碳醇选择性,这主要是由于催化剂具有高比表面积、适宜的孔分布以及高分散的活性组分.

黏结剂对生物质成型燃料燃烧过程中颗粒物排放特性的影响

主要研究了黏结剂对生物质成型燃料燃烧过程中颗粒物(particulate matter,PM)排放特性的影响。实验中采用固体床反应器模拟生物质成型燃料的燃烧,并探究细微颗粒物的生成特性。研究表明,成型能够抑制燃烧过程中碱金属的释放,有助于减少颗粒物的排放。PM1的主要生成途径为碱金属氯化物和硫酸盐的冷凝和异相凝结,而碱土金属和硅则是PM1-10的重要组成。膨润土黏结剂的添加对PM排放的影响较小,而另外2种黏结剂CMC和木质素磺酸钙则显著增加了PM1的生成,但同时略微降低了PM1-10的排放。该研究表明,从细微颗粒物排放角度来看,现有的黏结剂无法满足环保的要求,需要探究新型黏结剂或复合黏结剂实现生物质资源的清洁利用。

生物质气化技术的发展现状及展望

为促进生物质气化技术的发展及气化产物的利用,重点介绍了国内外生物质气化技术的发展及产业现状、气化炉类型及发展现状,提出了生物质气化技术的优缺点;同时,也发现虽然我国生物质资源丰富且生物质具有可再生性、污染较小、蕴藏量大、分布广泛、零碳排放等优异的特点,但由于其收-储-运体系不完善、资金链短缺及副产物较多等一系列问题导致其国际化困难。展望了我国生物质气化技术不仅要走扎实的基础研究和开发路径,也要考虑生物质气化技术的总体需求以及与其他技术的竞争等方面作为未来发展方向及重要攻关点,期望能为生物质气化技术的进一步发展及气化产物的高值化利用奠定坚实的基础。

烘焙预处理制备生物质清洁成型燃料的研究进展

生物质资源来源广泛、储量丰富,是可再生能源的重要组成部分,但因高分散性、低堆积密度、低热值、高吸湿性等问题限制了进一步大规模推广应用。固体成型燃料是生物质大规模应用、替代煤炭等化石燃料的重要途径之一。烘焙作为改善成型燃料理化特性的预处理方法之一,能够提高生物质成型燃料的疏水性,优化其理化特性,是目前国内外研究热点。本文对烘焙预处理过程的影响因素和烘焙产物的理化特性进行了整理归纳,分析了成型过程的影响因素及烘焙成型过程中木质素的黏结机理,阐述了烘焙预处理对制备清洁固体燃料的影响,并对烘焙提质固体燃料工艺应用进行了展望。

生物质与煤耦合燃烧电厂生物质掺烧比^(14)C检测方法的研究进展

放射性碳(^(14)C)检测方法是一种鉴别生物源和化石源燃料的有效手段。目前,样品^(14)C含量测量方法的准确度和精确度得到了很大地提高,将^(14)C检测方法应用于电厂燃料来源分析方面具有极大的应用前景。生物质与煤耦合燃烧电厂中生物质掺烧量的精确检测是生物质与煤耦合燃烧发电技术规模化应用的前提和关键。目前,将^(14)C检测方法用于生物质掺烧比检测仍停留在验证和探讨阶段。文章概述了生物质与煤耦合燃烧电厂生物质掺烧比的检测方法,并从烟气采样方法、烟气^(14)C含量的测量方法和生物质掺烧比计算模型3个方面,详细阐述了^(14)C检测方法的研究进展,同时指出了^(14)C检测方法在应用中须要解决的问题。

干燥温度及纤维素类含量在秸秆干燥过程中的影响分析

选小麦,水稻、玉米、棉花四种农作物秸秆为研究对象,分别进行80、100、120℃条件下的干燥试验,利用电镜扫描观察其经过220℃烘焙后的结构形态.结果表明,四种秸秆的干燥速率差异性随温度升高而逐渐减小,具有较高木质素的小麦秸秆失水率最低,而纤维素类及木质素含量较小的棉花秸秆失水率最高、干燥程度最深.在高倍放大情况下,经220℃烘焙后的小麦、水稻秸秆的纤维呈网状和管状排列,固相物质明显,可看到清晰的脉络且结构紧致,而玉米、棉花秸秆内部纤维呈棍状和屑状排列,空隙占比较大,说明在秸秆干燥过程中,网状、管状纤维结构不利于水分的扩散和迁移,是阻滞秸秆干燥速度的重要因素.