烘焙芝麻秸秆与煤混合燃烧特性及动力学研究

文章以烘焙芝麻秸秆(torrefied sesame straw,TSS)和煤为研究对象,通过热重分析法研究不同掺混比例和不同升温速率下样品的燃烧特性,利用Flynn-Wall-Ozawa(FWO)法和Kissinger-Akahira-Sunose(KAS)法计算样品的活化能大小。研究结果表明:烘焙预处理有利于燃烧反应的进行;烘焙芝麻秸秆的掺混有助于改善混合物样品的燃烧性能;升温速率的提高会产生热滞后现象,但对样品的总失重影响不大;烘焙芝麻秸秆与煤混合燃烧时会出现协同效应,且高温阶段更加显著;烘焙芝麻秸秆掺混比为70%的混合物样品活化能最小,FWO法和KAS法计算的活化能分别为60.51、51.43 kJ/mol。

白竹与烟煤共炭化产物燃烧特性与动力学研究

文章以白竹和烟煤为原料,在不同共炭化温度、不同掺混比条件下制备共炭化产物,采用热重分析法研究产物在不同升温速率条件下的燃烧特性,并采用Kissinger-Akahira-Sunose(KAS)法和Flynn-Wall-Ozawa(FWO)法计算动力学。结果表明,共炭化产物在燃烧过程中只出现1个峰,与煤单独燃烧基本一致,但综合燃烧特性优于煤;随着共炭化温度升高(350~550℃),灰分增多,燃烧效果下降;随着升温速率提高,样品微商热重(derivative thermogravimetric,DTG)曲线向高温段偏移,但样品的失重量不变;随着白竹掺混比增加,共炭化产物燃烧的失重量随之减少,着火、燃烧性能逐渐提升;白竹与煤共炭化产物燃烧时会出现协同效应;采用FWO法、KAS法活化能结果相近,FWO法模型较优,其线性相关系数高于0.95;白竹与烟煤按质量比7∶3掺混,在350℃条件下共炭化,升温速率为20℃/min时共炭化产物综合燃烧特性指数最好(3.98×10^(-7)min^(-2)·℃^(-3)),最小着火能量最低(85.85 kJ/mol)。

离子液体溶解法制备超级电容碳及其电化学性能研究

文章以高纤维素废纸屑为原料,利用无机离子液体进行选择性表面溶解处理,得到具有润胀特性的胶状前驱体,在不同温度条件下热解制备生物质多孔碳。800℃下生物质多孔碳比表面积为1276.3 m^(2)/g,电化学测试结果表明,其具有较高的比电容(271 F/g),经过1000次循环,电容保持率为90.3%。为了进一步提升超级电容器的电化学性能,在1 mol/L H2SO4电解液中加入15 g(NH_(4))_(2)Fe(SO_(4))_(2)·6H_(2)O,超级电容器的比电容得到显著提升,电流密度为10 A/g时,比电容为439 F/g,为原电容器(221 F/g)的2倍。研究结果可为生物质多孔碳超级电容器制备提供参考。

酸预处理活性炭对废水染料的吸附研究

在不同的酒石酸处理方式下,以锯末为原料,采用水热-热解法制备了高比表面积的生物质活性炭。通过扫描电子显微镜(SEM)、紫外-可见分光光度计(UV-vis)、X射线衍射仪(XRD)、全自动比表面积和孔隙分析仪对样品进行表征,该活性炭孔隙发达,其比表面积最高可达1 614.32 m2/g。亚甲基蓝(MB)吸附实验表明,在进行热解活化之前,不同的酒石酸处理方式影响活性炭对MB的吸附性能:同没有酒石酸处理的产物和酒石酸低温常压预处理产物相比,酒石酸高温高压水热处理的产物对MB吸附性能更佳,其吸附容量最高可达312.5 mg/g;延长吸附时间,MB吸附容量逐渐增大。锯末基活性炭对MB的吸附等温线符合Langmuir模型,动力学模型符合准二级动力学模型。

毛竹颗粒燃料成型工艺研究

以毛竹废弃物为原料,采用自制设备制备毛竹成型颗粒,分析了粉碎粒径、含水率、预热温度、成型压力对颗粒成型的影响,并以松弛密度、耐久度为指标,采用单因素及正交试验对毛竹成型颗粒制备工艺参数进行了优化。结果表明:当粒径小于0.38 mm,含水率为15%,预热温度为125℃,成型压力为20 MPa时,成型效果最好,此时成型颗粒的松弛密度为1.110 g/cm3,耐久性为0.955。该工艺的优化设计为毛竹废弃物制备成型颗粒工艺参数的选择提供了参考。

厨余垃圾及其水热炭燃烧特性与动力学研究

采用热重分析法研究厨余垃圾及其水热炭的燃烧特性与反应动力学。对比分析厨余垃圾及其水热炭在3种不同升温速率(10、20、40℃/min)下的燃烧特性,分别采用KAS(Kissiger-Akahira-Sunose)法和FWO(Flynn-Wall-Ozawa)法计算燃烧过程中反应动力学参数。结果表明:20℃/min升温速率下,厨余垃圾与水热炭呈现不同的燃烧特性,厨余垃圾微分热重(DTG)曲线呈明显的双峰结构,而随着炭化温度的升高,水热炭DTG曲线第1个峰逐渐变缓,最后消失。随着升温速率的增大,各样品DTG曲线整体向高温侧偏移,着火温度和燃尽温度升高,燃烧特性指数增大。KAS法和FWO法求得的各样品燃烧活化能均具有相似变化趋势,因挥发分含量减少及固定碳含量增加,厨余水热炭热值增大,燃烧过程中平均活化能高于厨余垃圾。

生物质热解炭与煤混合燃烧特性与动力学研究

文章采用热重分析法研究生物质热解炭与煤及其混合物在不同升温速率、不同掺混比例的条件下从室温加热至1000℃的燃烧特性,并利用Flynn-Wall-Ozawa(FWO)法计算燃烧过程中样品的动力学特性参数。结果表明:生物质热解炭的燃烧行为与煤类似,但其燃烧性能要好于煤;升温速率的提高使得样品的微分热失重(derivative thermogravimetric,DTG)曲线向高温区移动且会产生燃烧热滞后现象,但样品的残余量不会有显著变化;煤掺烧生物质热解炭会改善其燃烧性能,随着生物质热解炭掺混比例的增加,混合物的残余量随之减少,着火性能和燃烧性能逐渐提升;生物质热解炭与煤混燃时会出现协同效应,高温区域协同效应更加显著;活化能的相关系数均高于0.97,混合样品中生物质热解炭掺混比例为70%的样品活化能最小,活化能为105.38 kJ/mol。

聚丙烯与梧桐锯末干混合制备成型活性炭研究

针对塑料及农林废弃物的处理,提出利用塑料及生物质干混合制备活性炭的方法,以达到以废治废的目的。以梧桐锯末为基体,聚丙烯塑料为填充剂,制作成型颗粒。采用K2CO3为活化剂,利用高温管式炉,研究城乡废弃物干混合制备成型活性炭工艺的可行性。通过4组独立的单因素实验阐析掺塑率、盐料比、活化温度以及活化时间对成型活性炭吸附性能的影响。研究表明:当掺塑率为5%、盐料比为2.0、活化温度为850℃、活化时间为60 min时,制备的成型活性炭具有较高的碘吸附值(1416.5 mg/g)。扫描电子显微镜(SEM)和Brunauer-Emmett-Teller比表面积测试法(BET)分析显示,成型活性炭具有发达的孔隙结构,比表面积为1738.7 m2/g,总孔容为0.958 cm3/g,平均孔径为3.1 nm。初步验证了此工艺的可行性。

pH值对微晶纤维素水热炭化影响研究

为研究溶液pH值对微晶纤维素(MC)水热炭化进程、水热炭物理化学特性(产率、固碳率、热值、亲水性、芳香性)及表观形貌的影响规律,MC为原料,以反应溶液pH值分别为3.0、4.0、5.0、6.0、7.0、8.0、9.0、10.0、11.0,在220℃,4 h条件下进行水热炭化实验。通过元素分析pH值对水热炭理化特性的影响,并结合范式图综合分析pH值对MC水热炭化反应进程的影响,利用扫描电子显微镜(SEM)观察水热炭表观形貌。结果表明:水热炭产率和固碳率随酸性的增强而减弱,pH值为3.0时,产率及固碳率最小,分别为35.5%、41.82%,热值达到最大,为19.11 MJ/kg,HC3(hydro-char from pH of 3.0)芳香性最好,HC11(hydro-char from pH of 11.0)亲水性最强,碱性和中性水热炭芳香性、亲水性相似,不同pH值条件下的炭化进程均以脱水反应为主;SEM显示酸性水热炭微球粒径随酸性的增强而减小,纤维素在碱性条件下炭微球粒径均匀度较好。

城市生活垃圾与生物质成型燃料混合热解特性及动力学研究

采用热重分析法对城市生活垃圾(MSW)、棉秆成型颗粒(CSB)及混合样品的热解特性进行研究,实验分别在3种升温速率(10、20、40℃/min)下进行,温度从室温升到1000℃,并通过Kissinger-Akahira-Sunose(KAS)方法计算其热解过程中的活化能。结果表明:20℃/min升温速率下,MSW比CSB在DTG曲线中多一个失重峰,伴随升温速率的提高,实验样品的DTG曲线均向高温方向发生偏移,热滞后现象明显。MSW和CSB混合热解过程中发生协同效应,高温阶段协同作用更为明显。动力学分析得出MSW比CSB平均活化能高,当CSB掺混比例为80%时,混合物平均活化能达到最小值,仅为111.25 kJ/mol。

毛竹水热炭燃烧特性及动力学研究

该文先对毛竹进行水热处理制备水热炭，然后对毛竹原料及其水热炭进行燃烧实验，采用的升温速率为10、20、40K／min，基于无模式函数多重扫描速率法（FWO法、KAS法、FR法），研究毛竹及水热炭燃烧特性及动力学。结果表明：1）升温速率提高，样品挥发分燃烧和固定碳燃烧阶段均向高温区转移，着火性能下降，燃尽温度提高；水热炭较原料挥发分含量降低，固定碳含量升高；水热温度越高，热值越大，能量产率越低，水热温度为260℃时，能量产率最低，为35．97％，230℃水热炭的原子数比[O]／[C]、[H]／[C]已接近泥煤，燃料性能较优。2）采用FWO法、KAS法活化能结果相近，模型较优，以FWO法为例，原料、200、230、260℃水热炭活化能区间分别为89-126、89-216、86-118、80-90kJ／mol。

基于分布式改良Coats-Redfern法的梧桐叶燃烧动力学研究

采用热重分析法分别研究梧桐叶及其热解炭、水热炭在不同升温速率下(10、20、30℃/min)的燃烧特性,采用分布式改良Coats-Redfern积分法分析其燃烧动力学,编程计算出拟合度最佳的反应级数n和活化能E,并与Coats-Redfern法分析结果进行对比。结果表明:梧桐叶及其水热炭燃烧差热重量分析法(DTG)曲线呈4个峰,热解炭呈3个峰;升温速率为20℃/min时,相对于梧桐叶,其热解炭综合燃烧特性指数下降85%,水热炭下降18%,表明水热炭更适合用作燃料;样品燃烧过程中活化能分布均呈N型,低温燃烧区活化能较高,高温燃烧区活化能较低。

生活垃圾与花生壳水热炭化物的燃烧特性研究

以生活垃圾(MSW)与花生壳(PS)共水热炭化产物的理化性质研究为切入点,采用热重分析法探究炭化物的燃烧特性及反应动力学,结果表明:炭化物在燃烧过程中出现3个失重峰,第二个失重峰的损失程度最大,超过了燃烧总失重的50%。同一炭化温度条件下,随着PS掺混占比的增加,燃烧越彻底,热重曲线逐渐偏向高温区。随着升温速率的提高,炭化物的着火温度、燃尽温度、燃烧特性指数均提高。MSW与PS混合共水热炭化的炭化物在燃烧过程中存在协同作用。生活垃圾掺混花生壳,随着炭化温度的升高(180~260℃),固定碳含量与燃烧特性指数S均先增后减,最小着火能量(Eαi)先减后增。MSW与PS按质量比5∶5掺混,在220℃的条件下共炭化,升温速率为40℃/min时,其产物220MSW5PS5的燃烧特性指数最高(5.727×10^(-6)min^(-2)·℃^(-3)),最小着火能量最低(89.55 kJ/mol)。

锯末水热生物炭特征研究

以锯末（sawdust，SD）生物质为原料，采用水热炭化法在温度170、200、230℃，时间15、30min下制备水热生物炭，分析水热生物炭的产率、能量产率、热值、元素组成、表面官能团、表观形貌、平衡含水率等变化等特征。工业分析、元素分析表明，温度是影响水热炭化的重要因素。锯末水热生物炭随温度的升高、时间的延长，C含量增大，O含量降低；生物炭产率、能量产率降低，热值增加。当温度为230℃，时间为30min时，得到生物炭产率为68．78％，能量产率为78．27％，热值为21．57MJ／kg。范式图、红外光谱分析显示，在低温短时炭化时，转化过程以脱水、脱羰基为主。扫描电镜显示水热炭化能破坏生物质微观结构，水热生物炭表面光滑，锯末在170、200℃炭化后有缝隙结构，230℃表面出现孔洞结构。平衡含水率结果表明，水热炭化能提高锯末生物炭的疏水性质，有利于生物炭燃料的保存利用。

城市污泥与稻草混合燃烧污染物排放特性研究

指出了混燃是处理城市污泥最具前景的处理方法之一,利用管式炉燃烧系统研究城市污泥、稻草以及两者不同掺混比(10%、30%、50%、70%、90%)的污染物排放特性,并对比分析了其在不同温度下(600℃、700℃、800℃、900℃)的污染物排放特性。结果表明:混合样品在800℃的燃烧过程中CO、SO 2释放曲线均呈现单峰结构。随着稻草掺混比例的增加,燃烧过程缩短,CO的生成总量逐渐减小,SO 2的生成总量逐渐增大;在不同温度下,700℃下混合样品的CO的总生成量最低,升高温度不利于SO 2排放。研究结果可为城市污泥和稻草混燃的污染物排放提供初步理论依据。

城市污泥与秸秆共水热炭化产物的燃烧特性与动力学研究

采用热重分析法研究了城市污泥(SS)与小麦秸秆(WS)在220℃下共水热炭化(Co-HTC)产物水热炭(Hydrochar)的燃烧特性与反应动力学。对比分析水热炭从室温升至1 000℃的燃烧特性,采用KAS法计算燃烧过程中样品的活化能。结果表明,水热炭化后,污泥和秸秆的着火温度升高、失重率下降。随着混合物中WS质量分数从30%增加到70%,共炭化产物的综合燃烧特性指数从3.47增加到11.35,燃烧性能显著增强,且T_(i)和T_(f)之间的温度区间变窄。城市污泥与秸秆混合水热制备的生物质炭燃烧过程中存在协同作用,在320℃时协同作用最强。WS质量分数为50%时,水热炭燃烧的平均活化能达到最小值,为22.55 kJ/mol。

H_(3)PO_(4)活化核桃壳制备活性炭及在Cr(Ⅵ)吸附中的应用

以核桃壳为原料、磷酸(H_(3)PO_(4))为活化剂,制备核桃壳基活性炭(PBC),并对其吸附Cr(Ⅵ)性能进行探究。分别使用SEM、TEM、BET、FTIR、Raman、XPS等表征探究PBC的理化特性。研究溶液pH、活性炭用量和初始浓度对吸附性能的影响,研究PBC在不同吸附时间下吸附Cr(Ⅵ)动力学行为,分析吸附机理。结果表明,在磷酸浸渍比为1∶1,热解温度为400℃时,制备的核桃壳基活性炭具有良好的吸附性能。对较低浓度的Cr(Ⅵ)溶液(≤50mg/L)吸附率达到100%,吸附动力学和等温线分别符合拟二级动力学模型和Langmuir模型,吸附过程中化学吸附占主导地位,并且热力学分析表明吸附过程是自发的吸热过程。

水热生物炭燃烧特性与动力学分析

采用热重法对锯末、玉米秸秆水热生物炭燃烧特性及动力学进行了研究,考察了不同升温速率(10、20、40℃/min)对燃烧特性的影响,分析了它们的燃烧特性及动力学参数。结果表明:1)水热炭化前后生物质燃烧质量损失集中在挥发分和固定碳燃烧阶段,升温速率快,着火温度、燃尽温度高,整体向高温区转移,综合燃烧特性指数越大;2)40℃/min时,锯末水热生物炭综合燃烧特性指数远大于玉米秸秆,在其余升温速率下区别不明显;3)以20℃/min相同升温速率时,锯末、玉米秸秆水热生物综合炭燃烧特性相对于未炭化生物质下降27%、13%;4)采用一级反应动力学模型和积分法对水热生物炭燃烧动力学进行了研究,一级反应动力学能很好的描述2种生物炭的燃烧动力学,相关系数(R2)均高于0.9,挥发分阶段活化能大于固定碳阶段的活化能。研究结果可为水热生物炭的燃烧应用能提供理论指导。

生活垃圾混烧秸秆类生物质颗粒CO和NO的排放特性

选取典型秸秆类生物质颗粒掺混垃圾作为研究对象,利用自制燃烧试验平台,研究掺混比、温度、粒径及生物质种类等因素对垃圾掺混生物质颗粒燃烧过程中CO与NO释放规律的影响。试验结果表明:CO排放量随着混合燃料中棉花秆颗粒含量增加而减小;混合燃料中垃圾掺混量高于棉花秆颗粒时,焦炭氮燃烧峰值随棉花秆含量增加而增大,掺混量低于棉花秆颗粒时,焦炭氮燃烧峰值逐渐减小,掺混比为5:5时NO生成量最低。燃烧温度为850℃时CO生成量最低;NO峰值时间随温度升高向前偏移,排放量呈先增大后减小趋势,较高的反应温度有利于降低燃烧过程中NO生成量。随着燃料粒径减小,CO峰值浓度降低;存在粒径临界值(60~80目),当粒径小于临界值时,NO生成量随粒径减小而减小,大于临界值时,NO生成量随粒径增大而减小。垃圾混烧生物质颗粒后CO生成量显著降低;掺混同质量分数生物质颗粒试样中,生物质颗粒氮含量越高,混合燃料燃烧NO生成量越大。该研究可为实际生产中城市生活垃圾混烧生物质颗粒技术及污染物排放控制提供参考依据。

木屑及其水热炭的热解特性和动力学对比

为全面了解木屑及其水热炭的差异,获取更多关于水热炭作为化工燃料的使用特性。该文使用热重分析仪和傅里叶红外光谱仪对比研究了木屑及其水热炭在热解过程(10℃/min升温速率)中的失重特性及其官能团变化,分析了升温速率(10、20、30℃/min)对2种样品热解失重过程的影响,采用DAEM(分布活化能模型)计算了2种样品不同转化率下的活化能。结果表明:1)在200℃反应6 h得到的木屑水热炭,化学结构与木屑相似。2)在热解过程(10℃/min升温速率)中,木屑与水热炭最大失重速率分别为0.817%/℃和1.224%/℃,温度为353.57℃和363.42℃;不同终温下半焦红外光谱分析发现,水热炭更易解聚,其碳化速度更快。3)对比3种不同升温速率下2种样品的失重曲线可知,水热处理没有影响热滞后现象,样品焦炭生成量与升温速率无关,焦炭生成量平均值水热炭大于木屑。4)DAEM模型适用于2种样品热解反应活化能的求解,木屑及其水热炭活化能分别为99.33~252.72 k J/mol和63.77~211.68 k J/mol,当转化率在0.30到0.80范围时,木屑的活化能高于水热炭。研究结果为木屑水热炭热化学转化制备焦炭提供理论依据。