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The Hydrochar Characters of Municipal Sewage Sludge Under Different Hydrothermal Temperatures and Durations 被引量:18
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作者 ZHANG Jin-hong LIN Qi-mei ZHAO Xiao-rong 《Journal of Integrative Agriculture》 SCIE CAS CSCD 2014年第3期471-482,共12页
Innovative measure is a urgent requirement for managing the huge volume of municipal sewage sludge. The hydrothermal carbonation (HTC) shows some potential advantages for using hydrochar as a soil conditioner. The a... Innovative measure is a urgent requirement for managing the huge volume of municipal sewage sludge. The hydrothermal carbonation (HTC) shows some potential advantages for using hydrochar as a soil conditioner. The aim of this work was to investigate the properties of hydrochars, by means of the HTC of municipal sewage sludge under different temperatures (190 and 260~C) and reaction hours (1, 6, 12, 18 and 24 h). The HTC led to the decreases of N, O and H contents by more than 54.6, 37.9 and 10.0%, respectively, and slight changes of C content. The Py-GC-MS analysis showed that a large proportion of fatty acids, in particular hexadecanoic acid, transferred into alkenes, olefins and aromatic compounds. The 13C-NMR and fourier transform infrared spectra (FTIR) confirmed the transformation and changes in chemical structure in which hydrochar contained lower oxygen-containing organic C of O-alkyl, carboxylic and carbonyl C and aliphaticity, but higher aromatic C and aromaticity. The rich hydrophobic functions induced in high positive charges in the charred sludge. The HTC facilitated the pore structure development, proved by higher specific surface area and specific pore volume, with a maximum of 17.30 and 0.83 cm^3 g^-1, respectively. The availabilities of N, P and K markedly reduced during HTC treatment. The activities of most heavy metals were depressed though they accumulated in the hydrochar. Further work is required to investigate the values and risk of the charred sludge amended to soil. 展开更多
关键词 municipal sewage sludge hydrothermal carbonization hydrochar
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Optimization of a digested sludge-derived mesoporous material as an efficient and stable heterogeneous catalyst for the photo-Fenton reaction 被引量:3
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作者 院士杰 廖年华 +1 位作者 董滨 戴晓虎 《Chinese Journal of Catalysis》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2016年第5期735-742,共8页
The anaerobic digestion of sludge has recently received increased interest because of the potential to transform organic matter into methane‐rich biogas. However, digested sludge, the residue produced in that process... The anaerobic digestion of sludge has recently received increased interest because of the potential to transform organic matter into methane‐rich biogas. However, digested sludge, the residue produced in that process, still contains high levels of heavy metals and other harmful substances that might make traditional disposal difficult. We have devised a facile method of converting digested sludge into a mesoporous material that acts as an effective and stable heterogeneous catalyst for the photo‐Fenton reaction. A comparison of the removal of rhodamine B under different conditions showed that FAS‐1‐350, which was synthesized by mixing the digested sludge with a 1 mol/L(NH4)2Fe(SO4)2 solution followed by calcination at 350 °C, exhibited the best catalytic activity owing to its faster reaction rate and lower degree of Fe leaching. The results indicate that Fe^(2+)‐loaded catalysts have significant potential to act as stable and efficient heterogeneous promoters for the photo‐Fenton reaction, with better performance than Fe^3+‐loaded catalysts because the Fe(II)/Fe(III)compounds formed in the calcination process are necessary to sustain the Fenton reaction. This protocol provides an alternative, environmentally friendly method of reusing digested sludge and demonstrates an easily synthesized mesoporous material that effectively degrades azo dyes. 展开更多
关键词 Digested sludge iron-based compound Mesoporous material Heterogeneous photo-Fenton reaction
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城市污泥水热碳化影响因素研究
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作者 王航 刘阳生 +5 位作者 王殿常 陈祥 刘枫 乔雪园 李锟 王先恺 《北京大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期745-757,共13页
研究污泥水热碳化过程中反应温度、反应时间和反应介质对污泥水热炭性质的影响。结果表明,在酸性条件下,水热碳化处理能够更好地去除污泥中的水分(水分去除率分别为酸性条件下42.8%~53.3%和中性条件下28.9%~45.2%),其中污泥在240℃条件... 研究污泥水热碳化过程中反应温度、反应时间和反应介质对污泥水热炭性质的影响。结果表明,在酸性条件下,水热碳化处理能够更好地去除污泥中的水分(水分去除率分别为酸性条件下42.8%~53.3%和中性条件下28.9%~45.2%),其中污泥在240℃条件下进行1小时水热碳化反应后脱水效果最佳。随着反应温度和反应时间的增加,脱水和脱羧反应更充分,污泥水热炭的产率减少,H/C与O/C比值降低。此外,污泥水热碳化处理破坏了污泥的团聚体结构,使水热炭表面产生孔洞和凹槽,比表面积、孔体积和孔径均有所增加,其中在中性、220℃的反应条件下,污泥进行1小时水热碳化反应后得到的水热炭产物具有最高的比表面积(129.98m^(2)/g)和孔体积(0.66cm^(3)/g)。影响水热炭主要成分及晶型结构的因素排序为反应介质>反应温度>反应时间,随着反应温度升高和反应时间延长,水热炭中挥发分的含量降低,固定碳和灰分的含量增加,并且水热炭燃烧的主要放热区间在250~550℃范围内。 展开更多
关键词 城市污泥 水热碳化 水热炭 污泥处理
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K_(2)CO_(3)活化低阶煤和污泥共水热炭制备多孔炭及其对CO_(2)和SO_(2)吸附性能
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作者 宋瑞珍 陈云霄 +3 位作者 杨晓阳 王嘉伟 王宝凤 赵瑞东 《洁净煤技术》 CAS CSCD 北大核心 2024年第7期47-59,共13页
我国低阶煤储量大,低阶煤材料化利用是当前国家重大需求。另外,我国城市污泥排放量逐年增加,高含水率污泥资源化利用至关重要。低阶煤和污泥水热碳化可有效资源化利用原料内的硫氮元素,制备硫氮掺杂水热炭。水热炭孔隙较不丰富,对其进... 我国低阶煤储量大,低阶煤材料化利用是当前国家重大需求。另外,我国城市污泥排放量逐年增加,高含水率污泥资源化利用至关重要。低阶煤和污泥水热碳化可有效资源化利用原料内的硫氮元素,制备硫氮掺杂水热炭。水热炭孔隙较不丰富,对其进行活化造孔可丰富其孔隙结构,制备得到硫氮掺杂多孔炭。选用较为温和K_(2)CO_(3)作为活化剂,探究K_(2)CO_(3)活化不同次烟煤与污泥水热炭制备多孔炭材料的性质,并研究多孔炭对CO_(2)和SO_(2)的吸附性能。结果表明,次烟煤和污泥水热炭经K_(2)CO_(3)活化改性后,硫氮元素含量相较于原来的水热炭均有所减少,多孔炭的比表面积由原水热炭的23.92m^(2)/g增至331.77m^(2)/g,孔体积由原水热炭的0.07cm^(3)/g增至0.23cm^(3)/g。制备的多孔炭对CO_(2)和SO_(2)具有一定的吸附效果,次烟煤与污泥质量比为7∶3,水热碳化温度为160℃时,经700℃K_(2)CO_(3)活化所制备的多孔炭在25℃下,对CO_(2)吸附量为1.56 mmol/g;次烟煤与污泥质量比为1∶1,水热碳化温度为160℃时,所制备的水热炭经活化后,其在吸附温度为120℃时,对SO_(2)的吸附量为52.2 mg/g,且随着水热碳化温度升高,其吸附量有所下降,共水热炭相比于单一水热炭对CO_(2)和SO_(2)的吸附性能更好。研究结果可为低阶煤和污泥清洁高效利用和低成本CO_(2)、SO_(2)吸附剂开发提供理论依据。 展开更多
关键词 低阶煤 污泥 水热碳化 水热炭改性 吸附性能
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污泥水热碳化中磷的形态变化及金属浸出行为 被引量:8
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作者 方俊华 唐琦 +5 位作者 李杨 李遥瑶 吕秋颖 范准 周健 许劲 《化工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第7期3288-3295,共8页
在不同温度下进行污泥水热碳化实验,利用Hedley顺序提取法探究水热炭中磷的形态变化,并结合钙、铁、铝的浸出行为进一步解释含磷物质的形态分布。结果表明,磷主要富集在水热炭中,水热碳化促进有机磷(Po)向无机磷(Pi)转化,NaOH溶解态磷(N... 在不同温度下进行污泥水热碳化实验,利用Hedley顺序提取法探究水热炭中磷的形态变化,并结合钙、铁、铝的浸出行为进一步解释含磷物质的形态分布。结果表明,磷主要富集在水热炭中,水热碳化促进有机磷(Po)向无机磷(Pi)转化,NaOH溶解态磷(NaOH-P)转化为HCl溶解态磷(HCl-P)和残渣态(Res-P)。污泥和水热炭中Ca、Fe主要以HCl溶解态为主;Al则由NaOH溶解态转化为HCl溶解态。并且水热碳化过程促使污泥中磷形态从磷酸铝盐(Al-P)、磷酸铁盐(Fe-P)向磷酸钙盐(Ca-P)、磷酸镁盐(Mg-P)转化。通过理论分析,水热炭中Al-P可能以Al2PO43+和AlHPO4+络合物为主;羟基磷灰石是Ca-P的主要存在形态;部分磷酸盐可能被铁氧化物或氢氧化物固定。为后续水热炭的回收利用提供理论基础。 展开更多
关键词 污泥 水热炭 形态 金属 浸取
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湿化学法回收污泥水热炭中磷的潜能研究 被引量:9
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作者 许劲 朱杰东 +2 位作者 李卷利 刘孟秋 龚河洛 《化工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第11期5779-5789,F0004,共12页
以富含磷的污泥水热炭为研究对象,用SMT法分析磷的形态分布,以盐酸和柠檬酸为浸提剂,探究湿化学法回收磷的潜能。结果表明,污泥经水热碳化后,总磷含量上升,有机磷朝着无机磷转化,非磷灰石无机磷朝着磷灰石无机磷转化,水热炭中磷形态以... 以富含磷的污泥水热炭为研究对象,用SMT法分析磷的形态分布,以盐酸和柠檬酸为浸提剂,探究湿化学法回收磷的潜能。结果表明,污泥经水热碳化后,总磷含量上升,有机磷朝着无机磷转化,非磷灰石无机磷朝着磷灰石无机磷转化,水热炭中磷形态以无机磷和非磷灰石磷为主。适宜酸浸条件下(盐酸浓度0.3 mol/L、液固比50 ml/g、酸浸时间240 min,柠檬酸浓度0.1 mol/L、液固比50 ml/g、酸浸时间600 min),盐酸和柠檬酸对磷的浸出效率分别可达94.34%、88.78%,准二级动力学模型能较好地拟合磷的浸出过程;同时,金属浸出能力随酸浸时间延长而逐渐上升,与磷浸出能力呈线性相关,由大到小依次为Fe>Ca>Al>Mg;重金属浸出能力由大到小依次为Zn>Mn>Cr>Cu>Pb;酸浸残渣有望成为性能良好的吸附材料。 展开更多
关键词 污泥 水热炭 磷回收 盐酸 柠檬酸 酸浸
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低温水热处理含油污泥研究进展 被引量:1
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作者 张敏革 张文晖 +1 位作者 聂凡 仝坤 《现代化工》 CAS CSCD 北大核心 2023年第12期31-35,41,共6页
总结了含油污泥(油泥)的种类和基本特点,阐述了亚临界水的特点与低温水热处理油泥的基本原理,重点对近几年低温水热处理技术在油泥中的应用进行了综述,并对未来低温水热技术在油泥处理上的发展方向提出了建议。
关键词 油泥 亚临界水 水炭 脱水 重金属
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污泥与高硫煤共水热碳化过程中硫氮形态转化规律 被引量:5
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作者 杨晓阳 王宝凤 +2 位作者 宋旭涛 杨凤玲 程芳琴 《化工学报》 EI CSCD 北大核心 2022年第11期5211-5219,共9页
采用高温高压反应釜进行了污泥(SS)和高硫煤(CS)的共水热碳化实验。分别考察了混合比和温度对水热炭中硫氮元素形态转化规律的影响。研究结果表明,经过水热处理后,SS中蛋白质氮(N-A)转化为杂环类氮,CS中吡咯氮(N-5)和吡啶氮氧化物(N-X)... 采用高温高压反应釜进行了污泥(SS)和高硫煤(CS)的共水热碳化实验。分别考察了混合比和温度对水热炭中硫氮元素形态转化规律的影响。研究结果表明,经过水热处理后,SS中蛋白质氮(N-A)转化为杂环类氮,CS中吡咯氮(N-5)和吡啶氮氧化物(N-X)转化为吡啶氮(N-6)和季氮(N-Q);SS与CS中硫元素逐渐转化为噻吩硫和硫酸盐。随着CS混合比例和温度的升高,水热炭中含氮芳族杂环(例如N-6、N-5和N-Q)占比增加。另外,随着CS混合比例和温度升高,水热炭中噻吩硫含量分别逐渐增加至22.61%和24.98%;升高温度提高了水热炭中硫酸盐含量,而增加CS混合比例却降低了硫酸盐含量。本研究可为后续SS和CS的资源化清洁利用提供理论基础。 展开更多
关键词 污泥 高硫煤 共水热碳化 水热炭 硫氮元素 赋存形态
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铁基污泥水热炭强化二级生化出水深度脱氮效果研究
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作者 郝明鑫 陈善平 +3 位作者 薛罡 陈红 何月玲 贾川 《水处理技术》 CAS CSCD 北大核心 2022年第2期63-67,共5页
利用铁基污泥水热炭强化生物反硝化处理城市污水厂二级生化出水,可有效降低出水总氮(TN)的浓度。从不同碳氮比(C/N)条件下的脱氮效果及反应器内微生物种群变化方面分析了反硝化作用提升原因。在不同C/N条件下,在反应器中投加SHC-Fe^(0)... 利用铁基污泥水热炭强化生物反硝化处理城市污水厂二级生化出水,可有效降低出水总氮(TN)的浓度。从不同碳氮比(C/N)条件下的脱氮效果及反应器内微生物种群变化方面分析了反硝化作用提升原因。在不同C/N条件下,在反应器中投加SHC-Fe^(0)、SHC-Fe^(2+)、SHC-Fe^(3+)三种铁基污泥水热炭均能提高反应器内的TN去除效率和碳源利用率。其中投加SHC-Fe^(2+)的3#反应器效果最佳,在C/N=3.0~3.2时,平均TN去除率和碳源利用率分别为60.8%和58.3%,且出水TN浓度低于5 mg/L。铁基污泥水热炭对微生物种群具有筛选作用,使具有反硝化作用的不动杆菌属(Acinetobacter)为反应器内的优势菌属,其丰度显著高于对照组。 展开更多
关键词 二级生化出水 铁基污泥水热炭 C/N 反硝化 微生物群落
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市政污泥水热法制备高值固体燃料研究
10
作者 赵俊婷 万文卿 +3 位作者 白璇 程远松 段志伟 朱哲 《化学研究与应用》 CAS 2024年第12期2863-2872,共10页
以市政污泥为原料进行水热碳化制备固体燃料水热炭,研究不同温度、时间对水热炭产率、热解和燃烧性能及其动力学特性影响规律。在不同升温速率(10℃·min^(-1)、20℃·min^(-1)、40℃·min^(-1))下采用热重分析法分析污泥... 以市政污泥为原料进行水热碳化制备固体燃料水热炭,研究不同温度、时间对水热炭产率、热解和燃烧性能及其动力学特性影响规律。在不同升温速率(10℃·min^(-1)、20℃·min^(-1)、40℃·min^(-1))下采用热重分析法分析污泥水热炭的燃烧特性,利用Coasts-Redfern法探究水热炭燃烧的动力学特性,并分析燃烧反应机理。结果表明:市政污泥水热炭燃料特性明显改善,且受碳化温度影响较为显著。水热碳化温度240℃制备的水热炭热值达到最大为12.67 MJ·kg^(-1),碳含量最高为36.55%。与污泥相比,水热炭的着火温度和燃尽温度都整体降低;同时水热炭的着火指数整体大于原污泥,其中碳化温度200℃制备的水热炭着火性能最好。动力学分析结果表明:活化能主要分布于51.23~61.38 kJ·mol^(-1)。 展开更多
关键词 市政污泥 水热炭 热分析 燃烧特性 动力学
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2种生物炭施用对滨海盐渍土土壤及植物影响的对比分析
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作者 王莹 曹世伟 +3 位作者 朱义 于泽群 沈思源 崔心红 《环境工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第9期2556-2566,共11页
改良滨海盐渍土对于园林绿化用地的拓展与生态景观的营造至关重要,是提升城市生态环境质量、丰富绿化多样性的必要举措。本研究对比分析2种生物炭在滨海盐渍土中的施用效果,评估其对土壤理化性质的改善及植物生长的影响。利用地被植物... 改良滨海盐渍土对于园林绿化用地的拓展与生态景观的营造至关重要,是提升城市生态环境质量、丰富绿化多样性的必要举措。本研究对比分析2种生物炭在滨海盐渍土中的施用效果,评估其对土壤理化性质的改善及植物生长的影响。利用地被植物孔雀草(Tagete patula L.)进行室内盆栽试验,在滨海盐渍土中分别添加0.5%、1%、5%(质量比)的污泥水热炭和稻壳热解炭。对比研究两种生物炭不同比例施用对土壤理化性质的影响,并考察孔雀草的生长情况和生理生化指标的变化。结果显示,与稻壳热解炭相比,污泥水热炭在降低土壤pH、提高土壤氮、磷及有机碳质量分数方面表现出更优效果,但过度添加会增加土壤全盐量,以1%的添加比例改良效果最佳,能够在不增加盐渍土全盐量的同时显著降低pH,有效提升土壤有机质、全磷、全氮质量分数。此外,冗余分析表明,污泥水热炭通过降低离子胁迫和改善土壤营养状况来提升孔雀草的根系生长和活力水平,增强其抗盐胁迫能力,进而促进生物量积累。污泥水热炭在滨海盐渍土园林绿化用地中的应用从养分和植物生长的角度来看是可行的,但其长期应用的安全性还需要进一步的研究和评估。该研究将为滨海盐渍土园林绿化用地改良提供科学依据。 展开更多
关键词 污泥水热炭 稻壳热解炭 滨海盐渍土 孔雀草
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污水污泥水热炭化处理研究进展 被引量:8
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作者 陈伟 郑晓园 +1 位作者 纪莎莎 张守玉 《热能动力工程》 CAS CSCD 北大核心 2020年第2期1-8,25,共9页
高含水率是制约污水污泥处理处置的关键因素之一。水热炭化(Hydrothermal carbonization,HTC)是处理高含水物料的有效手段。本文综述了污泥水热炭化机理,对水热炭化固体产物——水热焦(Hydrochar)的脱水干燥特性、燃料及燃烧特性、气化... 高含水率是制约污水污泥处理处置的关键因素之一。水热炭化(Hydrothermal carbonization,HTC)是处理高含水物料的有效手段。本文综述了污泥水热炭化机理,对水热炭化固体产物——水热焦(Hydrochar)的脱水干燥特性、燃料及燃烧特性、气化特性、氮磷元素的迁移转化机理、重金属迁移转化机理和典型污水污泥水热炭化工艺能量进行分析。基于吉布斯自由能最小化原理,研究了水热炭化温度和水热炭化时间对水热焦气化特性的影响,发现在200℃和30 min时,碳转化率和冷煤气效率分别达到93.9%和64.38%,水热焦气化特性最佳。最后指出,在污水污泥协同水热炭化、磷形态准确分析及定向转化、水热焦气化机理和耦合水热炭化的污泥气化/焚烧工艺能量、经济和环境评价等方面急待开展研究,最终为实现污泥的减量化、能源化和清洁化高效利用提供科学指导。 展开更多
关键词 污水污泥 水热炭化 水热焦 能量分析
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污泥水热炭对亚甲基蓝的吸附特性 被引量:16
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作者 陈丽媛 李大鹏 +3 位作者 朱文娟 徐楚天 丁玉琴 黄勇 《环境科学》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第4期1761-1769,共9页
为了制备价廉高效的吸附材料,采用污水厂污泥为原料,以水热碳化法(hydrothermal carbonization,HTC)在不同温度(160、190、220和250℃)和不同反应时间(1、4、8和16 h)的条件下,制备出污泥水热炭(hydrochar)并应用于水中亚甲基蓝(methyle... 为了制备价廉高效的吸附材料,采用污水厂污泥为原料,以水热碳化法(hydrothermal carbonization,HTC)在不同温度(160、190、220和250℃)和不同反应时间(1、4、8和16 h)的条件下,制备出污泥水热炭(hydrochar)并应用于水中亚甲基蓝(methylene blue,MB)的吸附.通过BET、FT-IR和零电荷点等表征手段分析了水热炭的结构和理化性质,并结合批次实验、等温吸附和吸附动力学研究了水热炭对MB的吸附特性.结果表明,在190℃和4 h条件下制备的污泥吸附剂(SS190-4),其比表面积最大(11.916 m^2·g^-1),对亚甲基蓝(MB)的去除率高达96.44%.当溶液pH趋于碱性时更有利于污泥水热炭对MB的吸附,水热炭投加浓度为0.5 g·L^-1时较为经济合理,当溶液中有共存离子时会抑制水热炭对MB的吸附能力.水热炭对MB的吸附更符合Langmuir等温方程,R2在0.966~0.988之间,在50℃下,水热炭对MB的最大模型吸附量为400 mg·g^-1.其吸附过程符合准二级动力学模型,是自发的放热反应. 展开更多
关键词 污泥 水热碳化 吸附剂 亚甲基蓝 水热炭
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城市污泥与稻壳水热炭混合燃烧特性与动力学 被引量:6
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作者 叶聪 邢献军 +2 位作者 张学飞 陈涛 张佳佳 《过程工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2020年第3期362-370,共9页
采用热重分析法研究城市污泥、稻壳水热炭及两者不同掺混比的燃烧特性与反应动力学。对比分析其在不同升温速率下从室温升至1000℃的燃烧特性,用Flynn-Wall-Ozawa (FWO)法计算其燃烧过程中的反应动力学参数。结果表明,稻壳水热炭的挥发... 采用热重分析法研究城市污泥、稻壳水热炭及两者不同掺混比的燃烧特性与反应动力学。对比分析其在不同升温速率下从室温升至1000℃的燃烧特性,用Flynn-Wall-Ozawa (FWO)法计算其燃烧过程中的反应动力学参数。结果表明,稻壳水热炭的挥发性、着火和燃尽指数均高于城市污泥,具有较好的燃烧特性,掺混稻壳水热炭使城市污泥混合燃烧时发生热滞后现象。随着稻壳水热炭掺混比的增加,共混物的燃烧残余质量减少,着火性能变差,燃烧性能变强。活化能的相关系数均高于0.95,稻壳水热炭掺混高于50wt%时,共混物的平均活化能低于稻壳水热炭单独燃烧的平均活化能,掺混70wt%稻壳水热炭时出现最低平均活化能,为85.48 k J/mol。城市污泥与稻壳水热炭混燃时有协同交互作用,且掺混50wt%稻壳水热炭时效果最佳。 展开更多
关键词 城市污泥 水热炭 动力学 混合燃烧 活化能
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