复合成型生物炭制备工艺研究

以家具厂废弃锯木屑与竹屑的混合物为原料,研究了复合成型生物炭的制备工艺条件。结果表明,复合成型最佳炭化条件为:锯木屑∶竹屑比例为75%∶25%,最终炭化温度500℃,升温速率15℃/min,氮气为氛围气,保温时间60 min。在最优条件下制备的复合成型生物炭固定碳含量84.57%,炭得率31.27%,灰分2.78%,挥发分11.95%,热值29 991 J/g。这为农林废弃物的综合利用提供理论依据。

Fe/La定向修饰凹凸棒土稻壳基颗粒成型生物炭:磷酸盐吸附行为与机制

本研究合成一种新型除磷载Fe/La定向修饰凹凸棒土稻壳基颗粒成型生物炭吸附材料(Fe-La/AC),考察了材料表面特性、Fe/La投加量、热解温度、保温时间以及凹凸棒土投加量等对磷素吸附影响规律.Fe/La最佳投加量为2:2 mmol,AT添加量为30%,热解温度为350℃,热解时间2 h,制备的Fe-La/AC对磷酸根的最大吸附量可以达到47.62 mg·g^(-1)(以磷计).傅里叶红外光谱分析表明Fe、La主要以铁镧氧化物及铁镧水合氯化物的形式存在于炭材料表面,Fe和La提供了磷酸盐吸附的活性中心.该材料吸附动力学过程符合准二级动力学模型,吸附等温线拟合分析Langmiur模型更适于描述Fe-La/AC对磷酸盐的吸附过程,表明吸附动力学主要受化学作用控制.磷酸盐吸附机制主要涉及静电吸引、配体交换和内层络合作用.本研究制备的Fe-La/AC颗粒成型生物炭,可作为低磷浓度废水处理及水体富营养化调控的一种高效除磷吸附剂,具有较大的实际应用前景.

CO2/N2气氛下成型松木屑热解制备成型生物质炭的实验研究

在水平固定管式炉上进行了不同浓度CO2/N2气氛下成型松木屑制备成型生物质炭的实验,考察CO2在成型松木屑热解过程中参与反应的转化率以及CO2对气液固三相产物产量和生物质炭特性的影响。通过对成型生物质炭的成型密度、孔隙结构、官能团、高位热值和元素含量的分析,确定了CO2对成型松木屑热解过程的影响机制、最佳气化CO2浓度以及最佳热解温度。结果表明：CO2的引入不仅促进羟基、甲基、亚甲基等脱落和芳环结构的开裂,进而促进了成型生物质热解,而且还促进了焦油的裂解和挥发分的析出,提升了H2、CH4、CO的产量,同时也降低了成型炭的密度和增大成型炭的BET比表面积。最佳CO2浓度以及最佳热解温度分别为10%和600℃,此时引入CO2参与反应的转化率达到最大值74.9%。

低浓度O_2对热解所得成型生物质炭孔隙结构和官能团的影响

在水平固定管式炉上进行不同浓度O_2/N2气氛下成型松木屑制备成型生物质炭的实验,考察O_2在成型松木屑孔隙结构和官能团的影响。通过SEM、BET和FTIR分析,确定O_2对成型松木屑孔隙结构和官能团的影响。结果表明:O_2的引入不仅促进羟基、甲基、亚甲基等脱落和芳环结构的开裂,进而促进成型生物质热解,而且还促进挥发分的析出,有助于孔隙结构的发展,提升成型炭的BET比表面积。最佳引入O_2浓度为4%,此时所得成型炭的微孔率达到最大值96.09%。

温度和低氧条件对成型生物质炭孔结构影响的实验研究

分别在400℃、500℃、600℃、700℃、800℃的热解终温和0、2%、4%、6%含氧量的热解气氛条件下制备成型生物质炭,通过扫描电镜、比表面积仪等测试手段对制得的成型生物质炭进行孔结构特性分析,研究了热解制备成型生物质炭时不同终温和不同含氧量的热解气氛对成型生物质炭孔隙结构的影响。结果表明,具有相同含氧量的热解气氛条件下,随着终温从400℃升高到800℃,比表面积先升高然后逐渐降低。从扫描电镜图中也可以发现终温在800℃时,大孔更易被观察到。在终温不变条件下,热解气氛的氧气体积分数从0上升到6%时,由于氧浓度增大,对热解产生了促进作用,加速热解反应,比表面积总体上升,微孔、中孔孔容积总体增加,但是在600~800℃时增加趋势放缓。说明在相同含氧量的热解气氛下,随终温升高,比表面积先增加后降低。相同终温下,随着热解气氛中含氧量的增加比表面积增加,而在较高终温和较高含氧量的热解气氛条件下,比表面积增加减慢,而比表面积的增加有利于加强成型生物质炭的吸附能力。

生物质热解炭成型特性研究

通过将核桃壳热解转化为生物质热解炭并确定最佳制备温度,随后将生物质热解炭压缩成型,分析成型过程影响因素及成型品质。结果表明,600℃时产生的生物质热解炭与原料相比,挥发分含量降低70.21%,固定碳含量增加68.83%,热值达到29.16 MJ/kg;随着水分和成型压力的增加,成型炭的抗压强度先增大后减小;粘结剂种类影响成型炭的品质特性,采用复合粘结剂可保证成型炭冷热态强度,控制灰分含量;成型可改善热解炭燃烧特性,成型炭燃烧温度区间广,活性高且燃烧较为均匀,是一种更为理想的生物燃料。

成型生物质高温炭化及成型炭理化性能研究

分别将棉杆、木屑两种单一的生物质原料及其混合原料成型(炭化压力60 MPa)造粒,并于固定床热解炉内对成型生物质进行炭化实验,分析炭化温度(400、500和600℃)及棉杆的掺混比例对成型炭理化性能的影响。研究表明:物理特性方面,随着炭化温度的升高,生物质成型炭的表观密度和抗压强度均呈先减小后增大的趋势;相同炭化温度条件下,随着棉杆掺混比例的增加,成型炭的表观密度增大,但抗压强度呈先减小后增大的趋势;化学特性方面,随着炭化温度的升高,成型炭的热值增加,但燃烧特性变差,灰分产率增加;随着棉杆掺混比例的增加,成型炭的燃烧特性改善,但热值降低,灰分产率增加;通过先成型再炭化制得的成型炭灰分和固定碳产率均优于欧盟标准EN1860-2:2005;在炭化温度为400、500和600℃时成型生物质中至少含有20%、40%和60%的棉杆可使其燃烧特性指标优于商用烧烤炭。