不同热解温度下杨树各组分生物质炭的理化特性分析与评价

【目的】通过对不同热解温度下杨树树叶、树枝、树皮生物质炭和秸秆生物质炭的理化特性及结构进行分析,筛选出更适用于林地土壤改良的农林废弃物种类和热解温度。【方法】以杨树不同组分树叶、树枝、树皮和秸秆等4种农林废弃物为原料,分别在300、500和700 ℃温度下制备生物质炭,测定其产率、pH、全碳、全氮含量、阳离子交换量(CEC)、比表面积和表面官能团等指标。【结果】随着热解温度的升高,4种原料生物质炭的产率逐渐降低,灰分含量和pH升高。同一热解温度下,树枝和树皮生物质炭的全碳含量高于树叶和秸秆生物质炭的,而全氮(TN)、全磷(TP)和全钾(TK)含量均低于树叶和秸秆生物质炭的。4种生物质炭水溶性盐基离子含量和交换性盐基离子含量均随着热解温度的升高而增加,树叶生物质炭的阳离子交换量总体高于其他3种原料的生物炭。树叶和树皮生物质炭的比表面积和总孔容积总体大于树枝和秸秆生物质炭,树皮和树叶生物质炭在700 ℃时比表面积分别高达597.02和121.01 m²/g。4种原料生物质炭的表面官能团种类基本相同,以芳香骨架为主,表面官能团数量均随着热解温度的升高而减少,芳香化程度增强。【结论】在不同热解温度和原料制备的生物质炭中,树叶和秸秆生物质炭的灰分、pH、N、K和盐基离子含量较高,比较适用于改良酸性土壤,增加土壤养分;而杨树树枝和树皮生物质炭含碳量较高,则适用于土壤固碳,提高土壤有机质含量。其中,500 ℃热解的杨树树叶生物质炭综合性能最好,氮、磷、钾养分耗失最少,阳离子交换能力较强,比表面积大,更适用于土壤改良。     

玉米秸秆水热炭制备及其对水中阿特拉津吸附

为解决农业资源废弃物作物秸秆的综合利用及水体农药污染问题, 以玉米秸秆为原料, 采用水热炭化法制备水热炭, 并利用扫描电子显微镜(SEM)和Fourier变换红外光谱（FT-IR）法对玉米秸秆水热炭的表面形貌和官能团进行表征, 通过实验室模拟研究不同pH值、 离子强度、 初始浓度以及制备温度对玉米秸秆水热炭吸附水中阿特拉津的影响. 结果表明： 随着温度的升高, 水热炭产生炭微球结构和丰富的含氧官能团; 水热炭对阿特拉津的吸附动力学符合准二级动力学方程（R²≥0.970, P≤0.001）, 吸附热力学符合Langmuir方程（R²≥0.992, P≤0.001）, 为非线性吸附且自发进行的吸热反应; 玉米秸秆水热炭对水中阿特拉津最大吸附量（298 K）为8.862 mg/g, 最大去除率为69.74%; 水热炭对阿特拉津的吸附量随制备温度的升高而增加, 吸附量随溶液pH值和离子强度的增加而下降. 因此, 利用玉米秸秆制备的水热炭可有效吸附水中的阿特拉津, 具有较好的应用前景, 实验结果为玉米秸秆再利用和水体净化提供理论依据和数据支持.     

不同热解温度及材料来源的生物质炭对水中硝氮的吸附作用研究

采用批次实验方法研究了热解温度和生物质材料来源对制备的生物质炭吸附水体中硝氮吸附特征的影响。结果表明,准一级动力学方程对生物质炭吸附硝氮的动力学过程的拟合效果最好;生物质炭吸附硝氮的热力学过程符合线性分配方程。生物质炭对硝氮的吸附机制以物理吸附为主,多种吸附机制为辅,且各生物质炭对硝氮均具有很好的吸附能力;虽然热解温度和材料来源对吸附速率和吸附能力具有一定的影响,但是并不改变其吸附机制。热解温度越高,生物质炭对硝氮的吸附越易发生而且吸附量越大;不同原材料制备的生物质炭中,玉米秸秆炭对硝氮的吸附量最大,其次为树枝炭。     

玉米秸秆低温热解制备炭燃料试验研究

以玉米秸秆为原料,利用热重分析法对玉米秸秆的热解规律进行研究,考察热解温度对玉米秸秆生物质炭燃料的发热量、质量得率、能源得率、粒度分布和可磨性能的影响.结果表明,240℃时制备的生物质炭燃料达到NY/T 1878—2010标准要求,空干基低位热值为18.08 MJ/kg,质量得率为77.7%,能源得率为92.18%,中值粒径D_(50)为1 721.50 nm,并具有较好的可磨性能和燃烧特性.     

玉米秸秆生物质炭对废水中苯酚的吸附性能

以农业废弃物玉米秸秆为原料制备生物质炭,研究其对废水中苯酚的吸附性能.结果 表明:玉米秸秆生物质炭吸附苯酚的平衡时间为180 min,随着溶液pH的升高吸附量降低,吸附剂最佳投加量为10 g/L;在最佳吸附条件下,苯酚的吸附去除率达到98.85％,吸附量高达44.25 mg/g;温度对苯酚吸附的影响不明显;玉米秸秆生物质炭对苯酚的吸附可以用准二级动力学方程拟合,吸附平衡符合Langmuir等温方程;玉米秸秆生物质炭吸附苯酚的过程是吸热、自发过程,温度升高有利于吸附.     

小型生物质热解气化发电系统研究

以玉米秸秆颗粒为生物质原料,以产气量为20m3／h的热解炉为气化装置,结合10kw的燃气内燃机发电系统及生物质焦油裂解装置,概述了生物质焦油的净化流程,分析了热解温度与生物质热解气成分的关系,得出生物质热解气发电的运行情况．简要总结了生物质炭的利用和小型生物质热解气化发电系统的特点．     

鸡粪生物炭对萘的吸附性能研究

以鸡粪为生物质原料,采用热分解法在管式炉中氮气氛围下分别于300、500、700℃温度下及在马弗炉中限氧500℃温度下制备生物炭,采用XRD、SEM和FTIR等对所制备的鸡粪生物炭进行表征,研究不同条件下所制备的鸡粪生物炭对萘吸附特性的影响,并探讨鸡粪生物炭对萘的吸附机理。结果表明,鸡粪生物炭具有凹凸不平、不规则表面的无定形炭结构,表面具有—COOH、—OH等多种含氧官能团;随着热解温度的升高,萘在鸡粪生物炭上的吸附量先减小后增加,其中,在700℃热解温度下制备的鸡粪生物炭对萘的吸附量最大;鸡粪生物炭对萘的吸附过程主要为化学吸附,而且是多层吸附,其中,700℃热解温度下制备的鸡粪生物炭对萘的吸附机制主要是疏水作用,而300℃热解温度下制备的鸡粪生物炭对萘的吸附机制主要为分配作用。     

木质素基生物炭制备及对亚甲基蓝的吸附性能

研究温度对生物炭得率、吸附性能的影响.采用无氧慢速热解的方法,以酶解木质素为原料,制备不同温度下的生物质炭,测定热解得率、生物炭得率、挥发分、灰分及对亚甲基蓝的吸附值.热解试验结果表明:随着炭化温度从300℃逐渐升高到700℃,热解得率先降低后升高,挥发成分先升高后降低,生物炭得率先降低后升高.在500℃时,热解得率和生物炭得率分别为54.09%和50.77%,灰分含量为3.32%,挥发分含量为45.91%;热解温度为300℃时,木质素基生物炭对亚甲基蓝的吸附值最大,为37.31 mg/g;热解过程中,C—H、C=O键断裂.     

生物质原料种类对生物炭基本特性的影响

以杨木、松木、玉米秸秆为研究对象,在600℃条件下利用马弗炉制备生物炭,并对3种生物炭的微观结构、物相结构、表面官能团、孔隙结构等基本特性进行分析对比。结果表明:在600℃条件下,3种生物质官能团的种类和数量都急剧减少,热解较为充分;3种生物炭中,杨木炭的灰分成分以钙镁碳酸盐为主,玉米秸秆炭的灰分成分主要为KCl与SiO_2,而松木炭的灰分中无机物的含量较低。3种生物炭的微观结构与孔隙结构的分析都表明:玉米秸秆炭的孔隙最发达,其次是松木炭,杨木炭的孔隙最不发达。     

麦秸生物质炭对活性艳红KD-8B的吸附性能研究

以小麦秸秆为原料,采用限氧裂解法制备生物质炭,研究生物质炭对水中活性艳红KD-8B的吸附性能,考察了炭化温度,溶液pH,溶液初始浓度,吸附剂量,吸附时间对吸附效果的影响.结果表明在炭化温度为600℃,pH值为2.0,初始浓度为50mg/L的活性艳红溶液中加入7.0g/L麦秸生物质炭,吸附30min后,对活性艳红的吸附率可达90%以上.从生物质炭官能团和微观结构对秸秆生物质炭吸附活性艳红KD-8B的吸附机理进行了分析探讨.     

基于多元高斯分布活化能模型的玉米秸秆水热炭燃烧动力学研究

农林废弃生物质作为植物光合作用的产物,具有可再生、总量大、分布广和低污染的特点,是目前唯一具有可再生性能的含碳清洁燃料。相比于其它种类的可再生能源,生物质还具备良好的可存储性和易运输特点,将丰富的农林废弃生物质应用于炼铁生产将助力钢铁行业实现“双碳”目标。但农林废弃生物质也存在水分高,固定碳和发热值低,碱金属含量高和燃烧过程不稳定的缺点,不经提质处理难以满足炼铁生产对固体燃料的性能要求。本文采用水热炭化技术处理玉米秸秆制备水热炭产品,并采用多元高斯分布活化能模型（DAEM）研究玉米秸秆水热炭的燃烧动力学。结果表明,采用DAEM模型能够精确表征玉米秸秆以及玉米秸秆水热炭的燃烧动力学行为,玉米秸秆原料的燃烧过程可以分为四个阶段:半纤维素、纤维素、木质素和半焦的燃烧,玉米秸秆水热炭的燃烧可分为三种阶段:纤维素、木质素和半焦的燃烧。动力学计算表明纤维素、木质素和半焦燃烧的平均活化能范围为分别为273.7–292.8 kJ/mol、315.1–334.5 kJ/mol和354.4–370 kJ/mol,标准差分别为2.1–23.1 kJ/mol、9.5–27.4 kJ/mol和12.1–22.9 kJ/mol,随着水热炭化温度的升高,玉米秸秆水热炭中纤维素和木质素质量分数先升高后降低,而半焦的质量分数逐渐增加。     

四种生物质热解半焦的FTIR红外分析

生物质热解液化是目前生物质能利用的方式之一.为了研究生物质热解过程中各组分的裂解变化规律,利用傅里叶红外光谱仪分别对300℃、400℃、500℃、600℃下制备的玉米秸秆、棉杆、松木屑和稻壳的热解半焦进行了分析.实验结果表明:随着热解温度升高,生物质内部[-OH]、[-CH]、[-CO-]等官能团不断减少,温度在300℃~400℃之间时变化最为剧烈,当温度超过400℃以后,反应逐渐趋于缓和.     

热解温度对秸秆生物炭钝化重金属污染土壤影响分析

为了探究热解温度对以黄豆秸秆制备生物炭对土壤重金属Pb及Cd的吸附及钝化性能,以黄豆秸秆为原材料,在300,500和700℃热解温度下制备生物炭,并探究其对土壤重金属铅锌的钝化作用。实验结果表明随热解温度升高,生物炭中碳含量呈现上升趋势,且pH由8.95升高至10.23,灰分的含量却由34.5%下降至28.6%。热解温度能对生物炭吸附重金属Pb及Cd产生影响,并且热解温度升高,重金属吸附量呈现上升趋势,并且当热解温度为700℃时,生物炭对Pb及Cd的吸附量分别为1.2和26.8 mg/g。进一步探究表明热解温度能够提高生物炭对Pb及Cd的钝化性能,机制研究表明生物炭能够提高土壤中pH,并且热解温度升高提高了残渣态Pb及Cd的含量而降低酸可提取态Pb及Cd的含量。     

生物质快速热裂解炭的分析及活化研究

采用化学(KOH)方法对两种具有代表性的生物质原料(花梨木和稻壳)的快速热裂解固体产物-热解炭进行了活化,并采用氮吸附、X射线衍射(XRD)、傅里叶红外光谱分析(FTIR)和扫描电镜(SEM)技术测试了热解炭的结构特性、表面特性以及物理化学性质.结果表明,这两种热解炭经过活化后可以获得许多优良的性质,固定碳含量增加,灰分含量减少.同时,活化后BET比表面积迅速增大,超过1100m2/g,而且热解炭的石墨化程度都有所加深.热解炭通过活化过程可以实现其高品质利用,有利于生物质热裂解技术的工业化发展.     

木质纤维素基生物炭对葡萄糖厌氧消化性能的影响及机理研究

生物炭是提高厌氧消化性能的有效添加剂,由于生物炭性质的多样性和厌氧体系的复杂性,生物炭对厌氧消化的促进机理尚未得到全面认识。以生物质纯组分——纤维素、半纤维素和木质素为原料,分别采用水热法和热解法制备了生物炭,考察了生物炭对葡萄糖厌氧消化的影响,并从微生物分析、官能团组成和电导率等方面探究了其作用机理。结果表明：与对照组相比,生物炭的添加能加快葡萄糖厌氧消化速率,提高消化效率;相较于纤维素和半纤维素,以木质素为原料制备的生物炭的效果更好;以木质素为原料制备的水热炭和热解炭均能在一定程度上富集互养型发酵细菌,这可能有助于促进直接种间电子转移（DIET）机制的建立,从而提高产甲烷速率;生物炭丰富的表面含氧官能团和较大的电导率可能是其强化厌氧消化效果的关键特性;通过变异性分析发现,相较于制备方法,累积产甲烷量对生物炭原料的依赖性更大。     

木质纤维素基生物炭对葡萄糖厌氧消化性能的影响及机理研究

生物炭是提高厌氧消化性能的有效添加剂,由于生物炭性质的多样性和厌氧体系的复杂性,生物炭对厌氧消化的促进机理尚未得到全面认识。以生物质纯组分——纤维素、半纤维素和木质素为原料,分别采用水热法和热解法制备了生物炭,考察了生物炭对葡萄糖厌氧消化的影响,并从微生物分析、官能团组成和电导率等方面探究了其作用机理。结果表明：与对照组相比,生物炭的添加能加快葡萄糖厌氧消化速率,提高消化效率;相较于纤维素和半纤维素,以木质素为原料制备的生物炭的效果更好;以木质素为原料制备的水热炭和热解炭均能在一定程度上富集互养型发酵细菌,这可能有助于促进直接种间电子转移（DIET）机制的建立,从而提高产甲烷速率;生物炭丰富的表面含氧官能团和较大的电导率可能是其强化厌氧消化效果的关键特性;通过变异性分析发现,相较于制备方法,累积产甲烷量对生物炭原料的依赖性更大。     

玉米秸秆颗粒燃料热解气化试验研究

以玉米秸秆颗粒燃料为原料,研究了生物质空气热解气化(下吸式固定床气化炉)、富氧热解气化(鼓泡式流化床气化炉)和无氧热解气化(慢速连续热解气化炉)的热解气化特性.三种热解气化装置并联,共用一个控制系统,产生的生物质燃气经过冷凝器等后进入储气柜.燃气成分由气相色谱分析,成型颗粒、颗粒炭、生物油热值采用快速量热仪测量分析.结果显示,空气热解气化在热解温度为660~670℃时燃气低热值最高,约为3.91~4.44MJ/Nm3;富氧热解气化燃气低热值最高可达8.48~9.38MJ/Nm3(热解气化温度为575~750℃时);无氧热解气化在热解温度为380~530℃时的燃气低热值约为14.51~16.49MJ/Nm3,并可联产生物炭、生物油等.     

水稻秸秆生物炭对诺氟沙星的吸附性能研究

以水稻秸秆为原料,在300℃、400℃、500℃和600℃4个温度下制备生物炭,分别利用Boehm滴定、比表面积等方法对其进行表征,并研究了4种生物炭对诺氟沙星的吸附特征。结果表明,随着热解温度的升高,生物炭产率下降,表面碱性官能团数量和比表面积逐渐增加。4种生物炭对诺氟沙星的吸附率为B600B500B400B300,在投加量为0.4 g时,B600和B500的吸附率几乎接近100%,远高于B400和B300。对4种生物炭对诺氟沙星的吸附等温线进行拟合,B600符合Langmuir方程,其余3种符合Freundlich方程。4种生物炭对诺氟沙星的吸附反应过程满足准二级动力学方程,相关系数R20.9887,其中B300对诺氟沙星的吸附速率最大。     

苜蓿生物炭对磺胺甲恶唑的吸附机理研究

该文以紫花苜蓿为原料,分别在600℃、700℃和800℃下热解制备生物炭,研究其对水溶液中磺胺甲恶唑的吸附机理.通过元素分析、FTIR、BET、XRD等方法对制备的生物炭进行表征,探究了热解温度、环境温度、初始抗生素浓度、溶液pH值、离子强度以及离子类型等对磺胺甲恶唑吸附的的影响,应用吸附动力学和吸附等温线研究生物炭对...     

不同热解温度对生物质炭8种元素含量的影响

以水稻秸秆为原材料,研究不同热解温度(350,450,550,650,750℃)对生物质炭的产率、pH值和8种元素含量以及挥发特性的影响.结果表明:当热解温度由350℃上升至750℃时,生物质炭pH值介于9. 54～10. 90之间,并呈现先升高再下降的趋势;产率由43. 7%下降至31. 2%;全碳(TC)和全氮(TN)的含量分别从433. 72 g·kg-1和12. 53 g·kg-1下降至355. 37 g·kg-1和4. 34 g·kg-1,而全磷(TP)、全钾(TK)、铜(Cu2+)和钼(Mo2+)的含量则表现为升高,锌(Zn2+)和锰(Mn2+)含量与pH值变化趋势相近.在热解过程中TC和TN挥发最多,而TK和Cu2+则表现为富集.回归分析发现,热解温度与生物质炭pH、产率和元素含量(Zn2+除外)均呈极显著线性关系(P 0. 01).