南疆棉秆生物炭的制备及理化特性分析

以新疆棉花秸秆为原料,研究炭化温度和炭化时间、升温速率对棉秆基生物炭产量和理化性质的影响。选择300℃、400℃、500℃、600℃为最高炭化温度,5℃/min、10℃/min、15℃/min、20℃/min为升温速率,30 min、60 min、90 min、120min为炭化时间。棉秆生物炭的最高固定碳为63%。原料的热解特性在惰性气体N2保护下进行TG-DTG分析。对棉秆生物炭的元素成分、PH值、固定碳、灰分和碳含量进行研究,同时进行了SEM,FT-IR表征。随着炭化温度的增加,生物炭pH值、灰分含量、碳稳定性及总碳的含量也逐渐增加,而生物炭产量、挥发分、H、O、N、S元素的含量减少。比表面积结果显示高温制备生物炭的孔隙率有所增加,但增加幅度并不大。研究发现加热时间和升温速率对棉秆生物炭性质的影响不显著,炭化温度对棉秆生物炭性质的影响显著。     

南疆棉秆热解工艺及不同温度制得棉秆炭发热量测定

为研究不同温度的南疆棉秆炭发热量的变化,以南疆棉秆为研究对象,对南疆棉秆进行粉碎热解炭化,热解炭化温度分别为300、350、400、450、500℃,保温时间为0.5、1.0、1.5、2.0、2.5 h。结果显示,在热解炭化温度方面,300~500℃之间,随着温度的升高棉秆得炭率也逐渐提高,到400℃达到峰值。在保温时间方面,0.5~2.5 h之间,随着保温时间的加长,在1 h时得炭率最高。南疆棉秆在热解炭化温度为400℃、保温时间为1 h时棉秆得炭率最高,热解炭化得到的棉秆炭发热量也是最高。本研究为今后研究作物秸秆高品质能源炭的应用提供参考。     

棉秆活性炭制备工艺及其碘吸附性能

为了研究棉秆热解制备活性炭的工艺参数,采用直接热解法与HNO_3、NaOH 2种活化剂活化的方法,制备棉秆基活性炭,并对所制备的活性炭按GB/T 12496.8—1999《木质活性炭试验方法碘吸附值的测定》的方法测定所制得棉秆基活性炭的吸附性。结果表明,当用低温250℃热解棉秆时有较高的得炭率,得炭率达40.57%,但此时制得的棉秆基活性炭的吸附性较差;用HNO_3作为活化剂时,在450℃的条件下热解2 h,制得的活性炭有较高的碘吸附性。研究结果为农林废弃物的转化利用提供了新的途径和方法。     

棉秆基活性炭的表征及其Cu~(2+)吸附特性

为了研究棉秆基活性炭对水中重金属Cu~(2+)的吸附性,分别采用直接热解法,ZnCl_2、HNO_3、NaOH_3种活化剂活化法制备棉秆基活性炭,对其微观结构、元素构成进行分析,并在实验室条件下配制含Cu~(2+)的混合溶液模拟含Cu~(2+)的废水,用火焰原子吸收仪测定不同工艺条件下制得的棉秆基活性炭对水中Cu~(2+)的吸附性。结果表明,NaOH能定性改性棉秆基活性炭,以NaOH为活化剂在热解温度400℃、热解时间150 min、剂料质量比1.0∶1的条件下制得的棉秆基活性炭有大量的芳环、O—H、COOH等含氧官能团,能很好地去除废水中的重金属Cu~(2+),该条件下制得的棉秆基活性炭的吸附量为8.439 mg/g。该研究为棉秆的有效转化利用、活性炭处理废水中的重金属提供了有效参考。     

KOH活化法制备棉秆基活性炭的研究

以棉秆为原料,在氮气保护下于400℃直接碳化120 min后,以氢氧化钾为活化剂制备棉秆基活性炭,主要考察了碱碳比、活化温度、活化时间等工艺参数对活性炭吸附性能及活化得率的影响。结果表明,制备棉秆基活性炭的最佳工艺条件为碱碳比为2.0,活化温度700℃,活化时间90 min,此时制得的活性炭的碘吸附值为1 381 mg/g,亚甲基蓝吸附值为180 mg/g,平均孔径4.42 nm,最可几孔径2.17 nm,活化得率为18.07%。     

富钾商陆的化学成分与热解特性

对商陆茎的木质素、纤维素、灰分、钾元素等主要化学成分进行了分析.结果表明,野生商陆茎的全钾含量高迭4.58%,木质素和纤维素含量比其他木质原料低,与秸秆类植物相当.利用热重-差热分析仪(TG-DTA)对商陆茎的热失重和热解特性进行了研究,分析了商陆茎热解炭化的机理.发现,商陆茎主要的热失重区间在200～400℃之间,控制这一失重阶段是商陆茎热解炭化的关键.在N2气氛中,热解温度为1 000℃时商陆茎热解炭化后的固定碳含量为19%.此研究结果为进行商陆茎生物质转化研究和活性炭制备的可行性提供依据.     

农作物秸秆炭理化特性分析

选取新疆南疆极旱地区当年的3种农作物秸秆炭为研究对象,采用生物质原料测试方法研究了秸秆炭的理化特性.结果表明,3种秸秆炭的含水率均在10％左右,易于加工成型;稻秸炭的堆积密度最大;3种秸秆炭的堆积角均较大,属于流动性较差的物料;棉秆炭的外摩擦系数最大;棉秆炭发热量和固定炭含量最高;玉米秆炭挥发分最高.     

升温速率对成型生物质热解过程的影响

【目的】研究不同升温速率下成型生物质的热解炭化规律。【方法】采用自行设计的热解试验装置,测定不同升温速率(5,7,10,15℃/min)条件下成型生物质热解过程中失重(TG)、失重速率(DTG)、工业成分(挥发分、灰分、固定碳含量)的变化及所需的活化能。【结果】通过动力学拟合,得到描述成型生物质热解过程的最合理机理函数,据此推测成型生物质热解反应机理为内扩散控制过程。当升温速率为10℃/min时,热解过程活化能最小,为195.52kJ/mol。在不同升温速率下,成型生物质热解过程中的TG曲线逐渐向高温区移动,且失重速率呈先增大后减小的趋势,在升温速率为5,7,10,15℃/min时,成型生物质的失重速率分别在322,427,448,554℃时达到最大,其值分别为0.804,0.649,0.512,0.466%/℃,可知在成型生物质热解炭化过程中,随着温度的增加失重速率呈先增大后减小的趋势,达到最大失重速率时的温度随升温速率的增大而升高,热解后成型生物质固定碳含量随着升温速率的增大而降低。【结论】较低升温速率热解有利于成型生物质热解成炭。     

棉秆热解特性的分析

对棉秆进行热重分析和不经粉碎直接热解炭化试验研究。结果表明,棉秆样品在200~450℃内失重迅速。棉秆不经粉碎直接热解炭化后,所得三相产物在500℃时,生成秸秆液和秸秆炭的比例最高,而生成秸秆气的比例最低;在400℃时,秸秆炭中的含碳量最高。在棉秆热解过程中,随着反应温度增加,热解固体产物质量不断减少,但是固体产物中固定碳不断增加;热解温度高于400℃后,随着反应温度的增加,固定碳开始下降。     

热解温度对畜禽粪便生物炭产率及理化特性的影响

以鸡粪、猪粪渣和牛粪为原料,采用室内密闭低氧制备生物炭,研究不同温度(350、450、550、650、750 ℃)下,畜禽粪便生物炭的产率和理化特性.结果表明,随着热解温度的升高,畜禽粪便生物炭灰分、pH、电导率、盐分、全P和全K含量逐渐增加,而炭化产率、挥发分含量、固定碳产率、全N含量逐渐降低,同时生物炭表面超微结构粗糙程度加剧.综合分析确定,获得高炭化产率和低氮损失的适宜热解温度为450 ℃,该温度下生物炭品质优劣依次为牛粪、猪粪渣、鸡粪.畜禽粪便生物炭具有较高pH和总养分含量,可作为酸性土壤调理剂和有机肥生产辅料.     

生物质原料及炭化温度对生物炭产率与性质的影响

本研究以竹片、山核桃壳、水稻及油菜秸秆等4种生物质为原料,通过热重分析研究各生物质材料性质与热解特性及生物炭产率之间的关系;并在300～700 ℃下热解6 h制备生物炭,分析生物炭的元素组成及官能团结构。结果表明,在低温段（300～400 ℃）,生物质材料中的纤维素、木质素等组分对生物炭产率影响较明显,木质素含量高的材料产率较高;而400 ℃以上则是灰分含量对生物炭产率影响较大,水稻及油菜秸秆由于灰分含量高,其400 ℃以上的生物炭产率高于竹片及山核桃壳。随着炭化温度的升高,生物炭灰分含量增加,无灰基的碳含量增大,稳定性增强;仅水稻秸秆炭由于灰分含量较高,在高温（500～700 ℃）条件下仍有部分含氧官能团存在。综上,生物炭在一定温度下的产率取决于生物质材料来源,而生物炭的稳定性则主要由炭化温度决定,且温度越高,性质越稳定。     

不同制备条件下油菜秸秆生物炭用作缓释载体的综合评价

为量化评价油菜秸秆生物炭用作缓释载体的潜力,采用高温裂解法,在不同磷酸体积分数(5%、10%、15%)、热解温度(450、550、650℃)和保温时长(40、80、120 min)下制备生物炭,探究其表面形态、官能团组成和理化特性的变化规律,在此基础上引入灰色关联法,综合评价其用作缓释载体的潜力。结果表明,随着磷酸体积分数、热解温度和保温时长的增加,生物炭的炭得率、含水率、挥发分逐渐减小,而灰分、固定碳逐渐增大。基于灰色关联度分析结果,综合考虑各因素对产率的影响,当磷酸的体积分数为10%、热解温度为450℃、保温时长为80 min时,制备的生物炭用作缓释载体的潜力最大。     

热解温度对稻壳生物炭特性的影响

热解技术是稻壳有效利用的重要处理方法,其炭、气和油三态产物均具有较高的利用价值。稻壳炭是稻壳热解后产生的固态产物,对环境、农业和新能源等具有重要的影响作用。稻壳炭的理化特性决定了炭产物的利用方式及效果,不同热解温度条件下制得的稻壳炭的理化特性不同,热解温度对稻壳炭理化特性影响较大。对不同热解温度制得的稻壳炭的理化特性进行系统研究有利于稻壳炭的定向制备及高值化利用。为确定热解温度对稻壳炭理化特性的影响作用,在管式炉固定床上制得不同热解温度的炭产物,对稻壳炭工业分析及元素分析、可溶性物质含量、表面官能团和孔结构等特性进行综合分析,以掌握热解温度对生物炭特性的影响规律。热解温度为350,450,550,650,750,850℃,气体流量600m L·min-1,热解停留时间为40min。分别采用TGA2000型工业分析仪和EL-3型元素分析仪测定稻壳炭的工业分析和元素分析,采用自动量热仪测定其低位发热量。采用pH计、电导率仪和离子色谱仪分别测定炭的pH值、总可溶性物质含量和可溶性氮含量。采用VERTEX 70型傅里叶变换红外光谱仪测定稻壳炭表面官能团组成,采用物理化学吸附仪测定孔隙结构特性。结果表明:温度越高稻壳炭的产率越低,随着热解温度的增加,挥发分逐渐析出,含氢和氧官能团及含碳物质逐渐分解,而灰分增加,固定碳和低位热值先增加后降低,分别在550℃和450℃具有最高值。热解温度550~650℃制得的稻壳炭含有较高的可溶性物质含量和发达的孔隙结构特性,该结果对生物炭的制备及应用具有重要的参考意义。     

木质活性炭自热过程指标气体产生规律研究

[目的]研究木质活性炭受热氧化过程指标气体的产生规律。[方法]利用程序升温对3种挥发分含量不同的木质活性炭进行加热氧化和尾气在线检测,并对其受热过程中指标气体产生规律进行分析研究。[结果]木质活性炭在受热升温氧化过程中会释放出H2、CO、C2H4和C2H2,当木质活性炭的挥发分含量较高时还会放出CH4指标气体。其指标气体产生规律为:当体系温度达100℃时,样品开始释放出H2;随着温度的升高,依次检测到其他气体,各样品C2H4在140～160℃、CO在160～180℃、C2H2在190～200℃时,分别被检测到;C2H2在体系温度为230℃释放量达最大值,其余各指标气体的释放量则随体系温度增大而增大。[结论]各指标气体随着相应官能团逐步活化而释放,并且前一指标气体释放时产生的热量为后一官能团的活化提供热量。     

磷酸活化法制备棉秆基活性炭实验优化及其孔隙结构表征

本文首先将棉花秸秆热解制得生物炭,而后以磷酸为活化剂对所制备的生物炭进行活化得到棉秆基活性炭,采用正交实验方法研究了活化剂与生物炭比例、浸渍时间、活化温度和活化时间对棉秆基活性炭的持水能力的影响,采用极差分析方法对实验条件进行优化,并对所制备的样品进行了比表面积、SEM等性能测定。结果表明:最优化实验方案为磷酸与生物炭质量比为2∶1,浸渍时间12 h,活化温度450℃,活化时间30 min,该条件下所制备的棉秆基活性炭持水能力为5.11 g/g,平均孔径为3.58 nm,最可几孔径为1.81 nm。     

改性棉秆炭对新疆灰漠土氮肥氨挥发特征的影响

【目的】研究不同改性棉秆炭对新疆灰漠土氮肥氨挥发和土壤理化性质的影响，为棉秆炭化还田改良低产土壤提供依据。【方法】以新疆灰漠土为供试土壤，利用密闭法室内培养模拟试验，设0、200、400 mg/kg 3个施氮水平，棉秆炭(不添加棉秆炭、未改性棉秆炭、味精废液改性棉秆炭、木醋液改性棉秆炭、酒石酸改性棉秆炭)以2%土重均匀施入。研究不同改性棉秆炭及不同施氮量处理氨挥发速率、氨挥发累积量以及与灰漠土理化性质的相互关系。【结果】各处理于施基肥后第1～8 d达到氨挥发速率最大值。灰漠土氨挥发室内培养61 d后，与灰漠土处理相比，添加不同改性棉秆炭处理的氨挥发累积量增加了46.1%～99.8%。与未改性炭处理相比，味精废液改性棉秆炭和木醋液改性棉秆炭显著促进土壤氮肥氨挥发，酒石酸改性炭差异不显著。添加改性棉秆炭，可以降低新疆灰漠土壤的pH、增加土壤中的全氮和有机碳含量以及电导率。改性炭对土壤氨挥发起促进作用的主要是土壤的电导率和土壤全氮含量，而pH表现出抑制效应。土壤全氮含量对土壤氨挥发有一定的积极作用，且受到有机碳的影响较小，未达到显著影响(P>0.05)。【结论】利用味精废液、木醋液、酒...     

乔木类园林废弃物工业组成与热解特性相关性研究

[目的]探究原料组成对园林废弃物热解特性的影响。[方法]选取北京市乔木类园林树种刺槐、毛白杨、悬铃木、国槐和洋白蜡的树枝和树叶作为试材，分析原料的工业组成、热解特性及动力学参数，研究其相关性关系。[结果]园林废弃物的工业组成与其热解特性参数具有较强的相关性，其中挥发分与灰分影响显著：原料挥发分含量越高，则其热解起始温度越低，最大热失重速率绝对值越大，热解反应速率常数越大，热解反应易发生且较为剧烈；灰分含量越高，则热解残炭率越大且最大热失重速率绝对值减少、热解速率常数越小，热解转化反应越缓慢。[结论]该研究可为分析判断园林废弃物热解转化特性提供科学参考。     

棉秆和桑枝疏解木束干燥特性的研究

【目的】对棉秆、桑枝疏解木束干燥特性进行分析,获得2种疏解木束干燥的最优工艺,为生物质资源的综合利用提供参考。【方法】以棉秆、桑枝疏解木束为研究对象,采用电热鼓风干燥箱进行试验,在单因素试验结果基础上确定L9(34)正交试验因素水平,研究木束初始干基含水率、气流温度、干燥箱装载率等因素对木束干燥特性的影响,运用极差分析法和方差分析法比较各因素对干燥时间影响的差异,干燥时间以将木束干基含水率降至6%为准,含水率的测定参照国家标准GB/T 1931-2009。【结果】棉秆、桑枝疏解木束的干燥可采用高温快速干燥方式,其中棉秆束的最优干燥工艺参数为初始干基含水率60%、气流温度110℃、干燥箱装载率35%,在此条件下,干燥时间为31min;桑枝木束最优干燥工艺参数为气流温度120℃、初始干基含水率80%、干燥箱装载率45%,在此条件下,干燥时间为65min。【结论】在重组方材生产过程中,对不同的材料需要合理控制干燥条件,以节约成本优化重组方材的生产工艺。     

基于工业分析指标的秸秆生物炭热值预测

为了有效的预测秸秆生物炭热值,选取棉花、小麦、玉米、油菜和水稻5种农作物秸秆,经过粉碎、干燥后进行炭化处理后,获得175个秸秆生物炭试验样品,并按相关标准测定其热值及灰分、挥发分和固定碳含量。在分析炭化工艺、工业组成与高位热值相关性的基础上,采用回归方法建立基于工业组成的秸秆生物炭热值的预测模型。分析结果表明,对比不同炭化条件下制备的秸秆炭样品的热化工特性,炭化温度对热值影响最明显,保温时间与升温速率对热值影响小。通过方差分析检验,基于工业分析组成建立的秸秆热值曲线拟合方程都是显著的,其中基于灰分、灰分和挥发分、挥发分和固定碳、灰分和固定碳的秸秆热值曲线拟合方程达到了较好的预测精度。     

农业废弃物棉秆活性炭的制备及其孔隙结构表征

以新疆棉花秸秆为原料,Zncl_2/Alcl_3为活化剂制备棉秆活性炭,采用正交试验分析得到棉秆活性炭的最佳制备工艺条件为:Zncl_2与Alcl_3比例9:1、Zncl_2/Alcl_3与棉秆比例3:2、浸渍时间16 h、活化温度650℃、保温时间90 min,在此条件下制备的活性炭的收率为23.06%,碘吸附值为708.32 mg/g,BET比表面积518 m~2/g,平均孔径2.96 nm,孔容0.384 cm~3/g;为观察棉秆活性炭的孔径结构,采用SEM对棉秆活性炭的进行了表征,结果表明棉秆活性炭具有形状、大小不一的发达的孔隙结构。