储能用生物质基先进碳材料的研究进展

简述了生物质基碳材料的储能机理及常用的制备方法;综述了形貌、类石墨结构、孔道以及表面官能团和杂原子掺杂等影响生物质基碳材料储能性能的规律和机理;最后对储能用生物质基碳材料未来的发展趋势和研究方向进行了展望。

两种机械处理方式对生物质原料反应性能的影响

减小生物质原料粒径是提高生物质精练过程中组分分离效率的关键步骤,生物质粒径的大小以及不同机械处理方式对原料反应性能的影响尚不明确。本研究对比了机械粉碎与双螺杆挤压机联合盘磨处理获得物料的反应性能,结果表明:机械粉碎物料受到剪切力作用,长度变短导致粒径变小,纤维仍然呈紧密的束状结构;随着粒径减小,比表面积与吸液能力随之增加,反应性能越好,粒径小于0.18 mm的物料反应性能最优。双螺杆挤压机联合盘磨机利用剪切力、摩擦力、挤压力使物料纤维微纤丝化,打开了部分闭合纹孔。与粒径小于0.18 mm的粉碎机粉碎物料相比,双螺杆挤压联合盘磨获得的物料比表面积提高了31.54%,吸液能力提高了43.46%;过氧化氢预处理时,木质素去除率提高31.93%,预处理后酶解葡萄糖得率提高54.19%。实验表明,双螺杆挤压机联合盘磨处理比机械粉碎更利于提高生物质反应性能。

生物质氧气气化制备中热值燃气的工艺优化及其示范工程

在高温固定床反应器中,进行松木屑氧气气化制备燃气特性研究,考察了气化温度和用量比(ER)对氧气气化制备燃气的热值、产气率以及燃气中各组分体积分数的影响。将获得的最佳工艺参数,在生物质气化制备燃气用于工业锅炉的示范工程中进行了调试和验证。研究结果表明:在气化温度850~950℃时,随着用量比的增加,燃气热值呈现先升高后降低的趋势,在用量比为0.24时,燃气热值最高,气化温度对木屑的氧气气化有显著的影响,气化温度升高,燃气热值以及燃气中H_(2)、CO、CH_(4)体积分数随之升高,产气率先升高后降低,在900℃时达到最高。气化温度900℃、用量比0.24为最佳的气化条件,此时气化制备的燃气热值为13.14 MJ/m^(3),产气率为0.98 L/g,燃气中H_(2)、CO、CH_(4)和C_(2)H_(m)的体积分数分别为17.64%、39.78%、12.45%和2.76%。将该参数应用于示范工程得到燃气热值为10.90 MJ/m^(3),产气率约为1.02 L/g。

水混合溶剂在生物质液化中的应用研究进展

溶剂液化是生物质原料高效、综合利用的一种有效途径。相比单一溶剂水,混合溶剂体系可以降低反应的温度和压力、提高生物质的转化率、降低生物油中的氧含量以及提高目标产物的产率。本文综述了近年来常见的水混合溶剂体系,包括醇-水共溶剂、极性非质子溶剂-水体系和离子液体-水体系,在木质纤维生物质降解过程中的作用,特别是乙醇-水共溶剂、四氢呋喃(THF)-水共溶剂和γ-戊内酯(GVL)-水共溶剂在生物质液化中的应用特点,并给出了这些溶剂在生物质液化领域的不足及建议。最后,基于溶剂本身的经济价值、回收和安全性能的考量,指出低成本环保可持续液化溶剂的开发将是未来重点发展的方向。

生物基可闭环回收的高分子材料的研究及应用进展

以可再生的生物质为原料,设计合成可闭环回收的高分子材料,可以实现原料和高分子材料的可持续发展。本文概述了生物基可闭环回收高分子材料的发展和特性,从设计、合成、性能及应用等方面介绍了近几年来木质素、纤维素和植物油等生物基可闭环回收的高分子材料的研究进展,总结了其在3D打印、柔性电子材料、摩擦电纳米发电机、抗菌材料、太阳能蒸发器等方面的应用现状,并对生物基可闭环回收的高分子材料未来研究提出了建议。

生物质苯酚液化物制备酚醛树脂材料的研究进展

近年来随着石油基资源持续消耗和环境污染日益严峻,各国科技工作者和工业界共同关注可再生资源的有效利用问题,特别是在利用可再生资源制备生物质基材料及性能改性方面取得了一定的进展。本研究重点阐述了国内外在利用生物质苯酚液化物制备酚醛树脂材料领域的最新进展,主要包括生物基酚醛胶黏剂、生物基酚醛模塑材料、生物基酚醛泡沫材料和生物基酚醛碳纤维材料。对利用生物质苯酚液化物制备酚醛树脂材料实现工业化应用的现状及前景进行了分析和展望。

美国和中国关于生物质能源发展的扶持政策(英文)

分析了美国和中国生物质能源发展的现状及目的,全面阐述了两国对于生物质能源发展的相关政策。近年来,美国和中国都颁布了一系列法律法规,使生物质能源发展上升到了一个战略高度。美国几乎对于每一种生物质能源都提供不同形式的政策扶持,而中国仅仅对有限几种生物质能源提供为数不多的政策扶持。在比较分析中、美两国生物质能源发展不同政策的基础上,对中国生物质能源的发展政策提出了一些建议。

聚己内酯在热塑性生物质复合材料中的应用研究进展

介绍了近年来聚己内酯共混生物复合材料的研究工作,这些生物材料包括了淀粉、聚乳酸、蛋白质、壳聚糖、纤维素等。对共混物形态的观察表明在聚己内酯与极性的生物材料间缺乏足够的界面粘结力,通过接枝反应或添加相容剂可以改善聚己内酯与生物材料之间的相容性,使材料获得更好的机械性能。对制备聚己内酯生物复合共混材料的不同工艺技术也进行了比较。

生物质改性纤维素水凝胶的研究进展

综述了由环糊精、海藻酸盐、木质素、甲壳素和明胶改性的纤维素水凝胶;介绍了其在医药、工业(包括吸附和传感)和农业领域中的应用;同时,对其发展趋势进行了总结与展望。

液体闪烁计数法鉴别生物质基泡沫材料

基于美国材料实验协会ASTM D6866标准,利用超低本底液体闪烁技术,测定不同原料来源的泡沫材料中放射性碳同位素^(14)C含量,转化为生物基含量,从而用于鉴别生物基泡沫材料。实验中,分别利用元素分析和热重分析确定样品用量及其氧化燃烧温度,样品燃烧后产生的二氧化碳经过一系列化学反应合成为液体苯,通过测定合成苯中的放射性碳同位素^(14)C含量来区别鉴定生物质基泡沫材料和石油基泡沫材料,同时测定本底物质煤炭和标准物质糖碳中的^(14)C含量。结果表明:采用该方法测定的糖碳标准物质的^(14)C放射性活度值与标准值一致,由生物质基泡沫材料的^(14)C放射性活度值测定结果计算得到的生物基含量结果与美国Beta实验室采用加速器质谱(AMS)方法测试的结果一致。4种泡沫样品的生物基含量分别为18.77%、23.51%、5.39%和11.13%,全部为生物质基泡沫材料。说明利用该方法能够鉴别生物质基泡沫材料与石油基泡沫材料。

生物质基固体材料中生物基含量测定方法的研究进展

对固体材料中生物基含量的测定方法进行了综述,介绍了选择性溶解法(SDM)和^(14)C法这两种测定方法。选择性溶解法准确性相对要低,样品前处理也比较复杂且费时。^(14)C包括液体闪烁计数法和加速器质谱法,液体闪烁计数法又包括CO_2吸收法、直接液体闪烁计数法和苯合成法。CO_2吸收法简单、快速且花费低廉,但是精度较低,适用于对精度要求不高的样品;直接液体闪烁计数法样品前处理过程最简单,但对样品的要求很高,溶解于闪烁液后的溶液干扰因素多且难以消除;苯合成法具有很高的精度,但是样品前处理费时,且测定周期长。加速器质谱法快速且测定精度高,但设备费用极昂贵,在一定程度上限制了其应用。最后,对固体材料中生物基含量测定方法的各种技术发展进行了展望。

生物基聚氨酯材料的研究进展

聚氨酯作为一种多功能性高分子材料在众多行业中均有广泛应用。利用绿色可再生资源制备聚氨酯材料对聚氨酯的可持续发展具有重要意义。围绕近十年的相关文献,本文重点总结了常见的植物油(蓖麻油、大豆油、桐油和棕榈油等)、木质纤维、松香、天然酚(腰果酚和单宁)和糖类等生物质资源合成生物基多元醇和异氰酸酯的基本方法、研究现状及非异氰酸酯的研究进展,列举这些生物基资源作为原料制备聚氨酯时独特的优点,并在此基础上讨论了生物基聚氨酯材料未来挑战,展望了生物基聚氨酯在不同领域的发展前景。

植物单宁构筑的水凝胶材料及其生物医药应用

植物单宁在自然界中的储量非常丰富,其分子结构中含有的大量酚羟基易于化学修饰;同时,单宁具有较强的抗氧化、抗病毒和抗肿瘤等生物活性,对细菌和酶具有显著的抑制作用。为研究植物单宁在生物医药材料领域的利用范围,本文综述了单宁基水凝胶的研究进展及其在组织工程、药物输送和伤口敷料领域的潜在应用,并对材料的工业化制备方法进行了总结与概括。首先详细介绍了不同类型单宁基水凝胶的设计策略和形成机理,特别对单宁的分子结构、生化特性在水凝胶构筑过程中所起的作用进行了深入分析;然后对水凝胶的具体应用以及最新的研究热点进行了阐述;最后探讨了这类材料目前的局限性并对未来规模化的工业生产前景进行了展望。

Coats-Redfern积分法研究生物质与煤单独热解和共热解动力学特性

采用Coats-Redfern积分法对生物质与煤单独热解和共热解过程进行动力学特性分析,考察了升温速率与反应级数在生物质与煤单独热解和共热解过程中对活化能的影响。结果表明,原料失重率在5%~80%的温度区间内,反应级数越高,反应温度越低,升温速率对热解积分曲线的影响越大,且随着升温速率的增加,热解积分曲线逐渐向高温区平移;在相同的温度段内选择不同的反应级数时,生物质热解积分曲线都可以呈现较好的线性关系,尤其是稻壳,选用的反应级数对拟合的结果影响不大;煤单独热解及煤与生物质共热解过程中,反应级数对拟合的结果影响比较明显,在较高反应级数时数据拟合程度都比较高,在较低反应级数时,拟合结果偏离直线形式,而且随着煤化程度的增加,拟合结果偏离直线形式越严重;生物质与煤共热解的拟合程度介于生物质与煤单独热解之间。通过分析动力学参数,发现生物质与煤在较低温度下协同反应效应较为明显,促进了共热解反应的进程。

生物质水蒸气气化制取富氢合成气及其应用的研究进展

生物质水蒸气气化是有效的热化学转化手段,可将原材料转化为富氢合成气,气体应用更加广泛,有替代化石能源制氢的潜在价值。不同的生物质资源气化和产氢能力存在差异,物料的选择对气化制取富氢合成气至关重要,而调整气化操作参数包括反应温度、水蒸气加入量、催化剂和吸收剂等可进一步优化合成气质量,提升氢气含量。本文首先综述了不同操作条件对生物质水蒸气气化制取富氢合成气的影响。其次,介绍了生物质炭气化制取富氢合成气的研究现状,炭气化可制得高品质的富氢合成气,但过程受动力学限制,需要加入催化剂以提升炭气化速率。文中还简述了以钾盐为催化剂时的催化机理,并展望了富氢合成气的应用,包括制备高纯氢应用于燃料电池和制备合成天然气。

生物质成型炭的制备及其性能研究

以生物质炭粉为原料制备成型炭燃料,考察了黏结剂种类、用量以及热处理温度对成型炭性能的影响。结果表明:羧甲基纤维素用作黏结剂制备得到的成型炭性能优于以淀粉为黏结剂制备的成型炭,并且得到最优的工艺条件为黏结剂添加量为6%,在200℃下热处理1 h。测定了制备得到的成型炭的理化性能,其固定碳质量分数可达到88.95%,热值为30.6 kJ/g,强度为99.83%。

生物质热解油中各成分的精制与应用(英文)

开发了一种新的生物质热解油精制方法。通过将生物质热解油加水预分离,得到水溶性组分和非水溶性组分分别加以利用。水溶性组分通过反应精馏的方法得到混合酯类化合物,收率21%(以生物原油计算)。非水溶性组分可以有两种方式进行加工利用:1)替代苯酚合成热塑性酚醛树脂,通过DSC性能分析,所合成的树脂满足常规树脂的应用要求;2)通过相转移催化法合成高品位液体燃料油,通过GC-MS分析,非水溶性组分中的羧基和酚羟基转化为相应的酯和醚类化合物,降低了生物油的酸性、提高了稳定性。

水热法碱活化生物质乙醇木质素的化学结构变化

为了提高生物质乙醇木质素的反应活性,采用水热法在四种不同碱性条件下对生物质乙醇木质素进行催化活化处理。运用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、核磁共振氢谱(1 H-NMR)、凝胶色谱(GPC)和有机元素分析手段研究了生物质乙醇木质素被四种碱(NaOH,KOH,K2CO3和Na2CO3)催化活化前后木质素的化学结构以及组分变化。FTIR结果表明生物质乙醇木质素碱经处理后,木质素的酚羟基特征吸收峰1 375cm-1都有明显增大趋势,醚键振动吸收峰1 116cm-1减弱,1 597和1 511cm-1处苯环骨架振动吸收峰强度变化很小;1 H-NMR分析结果表明酚羟基含量都有增大趋势,增加顺序为:KOH>NaOH>K2CO3>Na2CO3,其中KOH处理后的木质素酚羟基含量增加量为原木素的170%。这由于离子半径大的钾离子更容易与木质素β—O—4醚键上的氧形成加和物,进而发生醚键断裂反应,生成新的酚结构衍生物。GPC表明生物质乙醇木质素碱处理后分子量分布向低分子区域扩展,数均和重均分子量减小。元素分析结果显示木质素经过水热反应处理后,C含量都有所增加,而H和O含量则降低了,表明木质素经水热反应处理过程中有脱羧基作用,同时蛋白质的含量也有所降低,提高了木质素的纯度。这都有利于直接将木质素用于制备酚醛树脂胶黏剂。

生物质炭水蒸气气化制取富氢合成气

以生物质炭为原料在上吸式固定床气化炉中进行水蒸气气化制备富氢合成气,考察了不同原料、粒径和催化剂对生物质炭水蒸气气化影响。结果表明,不同类型炭气化结果存在较大差异,其中木片炭气化结果最优,其次是玉米芯炭和稻壳炭,秸秆炭气化结果最差,木片炭产氢率最大为222.8g/kg。粒径的改变主要影响炭转化率,炭转化率随着粒径的增加呈增加趋势。通过炭吸收方式负载催化剂为有效的方法,其中在相同钾盐质量分数下,KOH催化能力较优于K_2CO_3,且气化速率为未加催化剂条件下的两倍。炭转化率随着碱液浓度的增加而增加,但浓度过高会增加灰分含量从而不利于产氢率,玉米芯炭催化气化最高产氢率为197.8g/kg,在碱质量分数为6%下获得。

生物质热解与气化制氢研究进展

介绍了生物质热解与气化制氢的原理和相应国内外研究进展,并提出了存在的问题和对未来的展望。