TG-FTIR联用下生物质废弃物的热解特性研究

采用TG-FTIR(热重-傅立叶红外光谱)联用的分析方法对红松锯屑的热解失重特性和产物生成特性进行了研究.结果表明,红松锯屑热解失重的主要阶段发生在200～450℃间,反应符合一级反应动力学模型,活化能在70～80 kJ·mol-1之间.小粒径有利于热解反应的进行,且该现象随着升温速率的增大而变得显著,但在本实验的梯度水平下粒径对热解特性的影响相对较小.升温速率对热解特性的影响相对较大,高的升温速率导致热解起始温度和失重峰温度向高温区移动,加快了热解进程,且升温速率达到50 K·min-1时,在735℃左右观察到特殊失重峰.FTIR的实时分析结果表明,热解的气态产物主要有CO2、CO、CH4和其他低分子烃类,通过对产物浓度变化的半定量分析,验证了粒径对热解特性的影响效果以及735℃左右特殊失重过程的存在.     

污泥热解特性影响因素的研究

[目的]研究污泥的热解特性及其影响因素。[方法]采用热分析的方法研究升温速率、试验终温、污泥组分、颗粒粒径和氮气吹扫量等因素对污泥热解特性的影响。[结果]污泥热解可以划分为3个阶段:第一阶段是水分析出阶段(50～150℃);第二阶段是污泥失重的主要阶段(150～530℃),热解失重是由于有机物的分解引起;第三阶段(530～800℃)失重是由于无机物和残余有机物引起。污泥热解在第二阶段是放热过程。升温速率对污泥热解特性的影响主要表现在起始温度方面,而对峰温和失重率的影响较小;试验终温的影响则主要表现在污泥的失重率上,试验终温越高,污泥的失重率越高,而对热解起始温度的影响则可以忽略;污泥组分不同,表现出的起始温度、峰温和失重率等反映污泥热解特性的主要参数不同;污泥的粒径不同,反映热解特性的主要参数起始温度、终止温度、峰温和失重率等都存在明显的差异;氮气吹扫量对污泥热解参数基本没有影响,但随着氮气吹扫量的增加,污泥的失重率增加。[结论]该研究可为污泥的热处理方法研究提供理论依据。     

柠檬酸和苹果酸在卷烟阴燃状态下的燃烧行为和机制研究

[目的]比较研究柠檬酸和苹果酸在卷烟阴燃状态下的燃烧行为和机制。[方法]利用微燃烧量热仪(MCC)考察升温速率对柠檬酸和苹果酸燃烧行为的影响;利用热重-红外联用仪(TG-FTIR)比较研究其燃烧过程,特别是主要热解气相产物的形成规律,探讨其燃烧机理。[结果]MCC测试结果发现,在相同的燃烧条件下,柠檬酸的易燃性优于苹果酸,但燃烧性稍差于苹果酸;升温速率对柠檬酸和苹果酸燃烧行为的影响很大。TG-FTIR测试结果发现,柠檬酸和苹果酸的燃烧行为主要取决于热解气相产物的生成;柠檬酸相对于苹果酸更易发生热分解,且在热解过程中生成更多的H2O、CO2、CO和羰基化合物。[结论]初期相对较弱的热解稳定性和热解气相产物中可燃性气体和不可燃性气体的相对组成,共同决定了柠檬酸易燃性强于苹果酸而燃烧性稍弱于苹果酸的燃烧行为。     

污泥热解产物与可回收热值分布规律研究

[目的]研究污泥热解产物及其可回收热值的分布规律。[方法]采用固定床试验系统,研究了热解温度对污泥热解产物特性的影响,着重分析了热解温度对气体产物组成、热值以及热解液热值的影响,以及污泥热解产物质量分布与热量分布随温度的变化规律。[结果]热解温度越高,气体产物的产率越高,且抑制了热解液的生成。在450~850℃下恒温热解时,650~850℃下CH4产量稳定。随着热解温度升高,CO和H2析出量显著增加,单位质量污泥产生气体热值增加。随着温度升高,热解液热值先增加后降低,在550~650℃下热解时达最大值。气液产物总热值在650~850℃下热解时最高,850℃下热解时气体热值所占比例达69.5%。[结论]该研究为污泥高效热解能源化技术的实现提供了理论依据。     

稻秆与污泥的共热解研究

[目的]本文旨在研究稻秆和污泥的热解特性以及二者混合后的共热解特性。[方法]采用热重分析仪对稻秆、污泥以及二者混合物进行热解,研究其热解参数及添加剂对稻秆热解过程的影响;利用阿伦尼乌斯动力学方程对稻秆、污泥以及二者共热解的热动力学参数进行研究。[结果]稻秆的热解过程主要分为失水阶段、预热解阶段、主热解阶段和残留物缓慢分解4个阶段。污泥热解过程分为5个阶段:失水阶段、有机质分解阶段、炭化阶段、主热解阶段及煅烧阶段。使用CaO、Na_2CO_3以及ZnCl_2作为添加剂均促进了稻秆的热解;稻秆与污泥共热解过程复杂,主热解阶段无法使用反应方程进行描述,但有机质分解阶段使用二阶反应方程可获得理想的拟合效果。稻秆与污泥共热解时存在相互促进作用,稻秆的主热解阶段向高温段偏移,而污泥的主热解阶段向低温段偏移。[结论]稻秆热解时可掺杂污泥用以提升热解效率。     

新疆棉秆热解液化工艺条件的优化

[目的]N2作保护气,用管式热解炉对新疆棉秆进行热解实验研究,确定液相产率最高时的最佳工艺条件.[方法]通过设计L9(34)正交试验及单因素实验,以液相产率为目标函数,分析讨论升温速率、热解温度、恒温时间、粒径对产率的影响.[结果]四个因素的显著性从主到次的顺序为:升温速率＞热解温度＞恒温时间＞粒径,最佳工艺条件为:升温速率27℃/min、热解温度550℃C、恒温时间20 min、粒径10 mm ＞dp ＞1mm.[结论]在最佳工艺条件下棉秆热解所得生物质油的得率为49.7;.     

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。     

毛竹热解特性及其动力学分析

采用热重分析方法,分析毛竹在不同原料粒径、升温速率及添加无水碳酸钠、氯化钠条件下的热解特性及热解动力学规律.结果表明,不同升温速率及不同原料粒径的毛竹的热解过程基本相似,可分为脱水阶段、快速热解阶段、慢速热解阶段;随着原料粒径、升温速率的提高,毛竹快速热解的起始温度和结束温度向高温方向移动;添加剂无水碳酸钠和氯化钠对毛竹热解都有不同程度的抑制作用.采用Coats-Redfem积分法计算毛竹热解动力学参数,结果表明升温速率对毛竹热解活化能无显著影响,热解活化能随着原料粒径的增大而增大,毛竹粒径为0.07-0.10 mm时最低热解活化能为11.092k J·mol-1.     

我国东北地区秸秆炭化气态产物的分析

生物质炭化过程是一个能源转化系统,对生物质炭化过程的产物分析计算是生物燃料热化学转化设备(炭化炉)设计计算的一个重要组成部分,而能量平衡分析计算尤为重要。在深入研究生物炭热解特性的基础上,依据实验室自主研发的炭化炉,对我国北方地区秸秆炭化气体产物的生成进行系统分析,结果表明,温度对气态产物产生主要影响,随炭化炉温度的升高,原料炭化时的CO2含量降低,H2含量升高,CH4含量变化趋势始终趋于平缓;不同原料炭化时,CO含量随温度的变化趋势不一。     

秸秆热解·燃烧特性及动力学研究

利用热重分析仪,采用热重-差热(DTA-TG)等现代分析测试手段,对石家庄近郊的水稻、小麦、玉米秸秆的热解和燃烧特性进行研究,确定不同升温速率下反应动力学参数。结果表明:秸秆热解分为4个阶段,即干燥阶段、过渡阶段、热解阶段、炭化阶段。随着升温速率的增加,第一阶段的终止温度相似,第二至四阶段中,随升温速率的提高,热解起始温度、质量损失速率最大时候的终止温度和最大质量损失率均提高;秸秆燃烧随着升温速率的增加,秸秆的挥发分析出燃烧温度与固定碳开始燃烧温度都随之变大;研究不同升温速率下的动力学模型,发现秸秆热解和燃烧的动力学参数有所不同;对比不同种类的秸秆燃烧与热解的特性,发现同一地区的玉米秆、稻秆和麦秆这3种生物质的热解与燃烧规律基本一致。     

热解温度对制备不同类型秸秆生物炭及其吸附去除Cu2+的影响

[目的]探讨热解温度对制备不同类型秸秆生物炭及其吸附去除Cu~(2+)的影响。[方法]以玉米、水稻、芝麻3类秸秆为原料于400~700℃热解炭化制备生物炭,探讨热解温度对秸秆生物炭的结构官能团、比表面积、孔径分布等结构及理化性质的影响,并评价生物炭对Cu~(2+)的吸附性能。[结果]生物炭的pH和比表面积随热解温度的升高而逐渐增大,而产率却逐渐稳定,其中热解温度的变化对水稻和芝麻秸秆生物炭的影响更为明显;此外,生物炭对Cu~(2+)的吸附效率与生物炭的种类和热解温度有关,升高热解温度有利于提高生物炭对Cu~(2+)的吸附去除率,且水稻和芝麻秸秆生物炭的吸附效率明显高于玉米秸秆生物炭,其中700℃下热解所制备的水稻和芝麻秸秆生物炭对Cu~(2+)的去除率可达100%。[结论]该研究可为控制农业环境污染提供科学依据。     

水稻秸秆成型燃料热解特性试验研究

秸秆是我国最主要的生物质资源,对其进行热解是将生物质能转换为高效高品位清洁能源的最有效措施之一。利用热重分析方法对水稻秸秆及木屑成型燃料热解特性及其动力学规律进行了研究,分析了试样以不同升温速率在氩气气氛下进行热解的试验结果。结果表明:水稻秸秆成型燃料热解过程划分为三个重要阶段,即预热解、快速热解和慢速热解阶段;热解最大速率会随着热解升温速率的升高而增大,有利于热解进行,但会造成反应不彻底等问题,因此温升速率不宜过高;通过对比两种成型燃料的热解性能得到,木屑成型燃料的热稳定性优于水稻秸秆成型燃料;对水稻秸秆成型燃料热解进行动力学参数计算得到:活化能和指前因子会随着升温速率的升高而增大,线性拟合系数均在0.99之上,说明主反应阶段符合一级反应模型。     

稻草秸秆硫酸水解研究

[目的]优化稻草秸秆浓硫酸水解法的条件。[方法]在单因素试验的基础上,固定稻草秸秆粒度为20~40目,以液固比（V/W）、硫酸质量分数、反应温度和反应时间4个因素进行正交试验。[结果]4个因素对稻草秸秆水解率的影响程度为：硫酸质量分数〉液固比〉反应温度〉反应时间。稻草秸秆的最佳水解条件为：硫酸质量分数70%,液固比（V/W）12∶1,反应温度70℃,反应时间为3 h。在此条件下,稻草秸秆水解率达77%以上。[结论]该研究为综合开发利用稻草秸秆奠定了基础。     

利用稻秆去除饮用水中五价砷的研究

[目的]为砷污染地下水体的修复研究提供依据。[方法]利用稻草秸秆作为吸附剂,研究稻秆长度、稻秆用量、pH值、干扰离子等因素对饮用水中五价砷去除的影响。[结果]当五价砷浓度为300μg/L,稻草秸秆长度为2 mm,秸秆用量为10.0 g/100 ml溶液,最佳pH值中性,吸附时间为24 h时,稻草秸秆对五价砷的去除率可达99%以上,符合国家饮用水标准。[结论]利用稻草秸秆去除饮用水中五价砷有一定的应用前景。     

油菜秸秆全量还田与移栽稻施氮量互作效应研究

[目的]研究油菜秸秆全量还田与移栽稻施氮量互作效应。[方法]以早熟晚粳南粳44为试材,在油菜秸秆全量还田无害化处理下,探讨了不同施氮量与秸秆腐熟释氮对水稻群体建成的五作效应。[结果]当全生育期纯氮施用量为300kg／hm^2,基肥、分蘖肥、促花肥、保花肥运筹比为4：6：5：5时,南粳44群体质量指标最为理想,产量超过9750kg／hm^2。[结论]该研究为实现耕地的可持续利用提供了理论依据。     

生物改性秸秆对模拟废水中天蓝A的吸附特性研究

[目的]研究生物改性秸秆对模拟废水中天蓝A的吸附特性。[方法]利用微生物代谢作用对水稻秸秆进行生物改性,并比较了改性前后的水稻秸秆对模拟废水中天蓝A的吸附特性。[结果]模拟废水中天蓝A浓度为100 mg/L时,吸附剂的最佳用量为10 g/L,最适反应pH为1～2。两种吸附剂均在35 min左右达到吸附平衡,且吸附过程符合拟二级动力学方程。生物改性秸秆和天然秸秆的吸附等温曲线与Freundlich方程和Langmuir方程的拟合均高度相符,对天蓝A的最大吸附量分别为15.80和13.17 mg/g,即改性后秸秆的最大吸附量提高了20%。[结论]利用生物改性方法提高秸秆对模拟废水中染料的吸附性能,具有经济环保、简单高效的优点,有较高的研究价值和应用前景。     

基于均匀设计—偏最小二乘回归建模的秸秆型颗粒饲料部分加工参数研究

[目的]探讨秸秆型颗粒饲料的部分最优加工参数,为甘肃省河西地区加工生产秸秆型颗粒饲料提供参考.[方法]采用均匀设计方法设计两种类型的秸秆型颗粒饲料：（A）秸秆颗粒饲料和（B）秸秆精粗颗粒饲料,通过研究不同组别的秸秆型颗粒饲料加工过程中制粒水分、秸秆粉碎粒度、粘结剂添加比例、干燥冷却时间等因素对颗粒密度、成型率及水分等指标的影响,建立回归方程,并采用偏最小二乘回归分析法确定两种秸秆型颗粒饲料的最优加工参数.[结果]当制粒水分为16.63％、秸秆粉碎粒度为5.0 mm、粘结剂添加比例为0.58％、干燥冷却时间为15.74 min时,秸秆颗粒饲料3个成品指标的综合效果最佳;当制粒水分为12.00％、秸秆粉碎粒度为2.0 mm、粘结剂添加比例为1.92％、干燥冷却时间为25.00 min时,秸秆精粗颗粒饲料3个成品指标的综合效果最佳.[结论]在制粒机本身性能不变的条件下,饲料配方、粉碎粒度、调质及冷却干燥时间等因素对秸秆型颗粒饲料质量指标均有一定影响;利用均匀设计—偏最小二乘回归建模设计试验,可在取得较好代表性结果的同时减少试验工作量,提高试验效率.     

秸秆还田中稻基施钾肥减量效果研究

[目的]研究在小麦秸秆全量还田条件下,中稻基施钾肥减量效果,为中稻钾肥减量提供科学依据。[方法]在小麦秸秆全量还田下,开展中稻基施钾肥试验。[结果]在秸秆全量还田条件下,基施钾肥减少20%的处理(5)产量、钾素吸收量、钾素(肥)利用率最高。产量、钾素吸收量分别为9 806.5、265.0 kg/hm~2,与全量施钾肥处理(2)相比,分别提高388.7、45.5 kg/hm~2,增幅分别为4.1%、20.7%;钾素、钾肥利用率分别为53.2%、60.3%,比全量施钾肥处理(2)分别提高15.8%、22.9%;通过二次拟合,得出最大基施钾肥减量占总量的21.7%,可减少基施钾肥35.8 kg/hm~2。[结论]在小麦秸秆全量还田条件下,基施钾肥适当减量对中稻产量有一定增产作用,秸秆中的养分释放可不同程度地减少部分钾肥施用,较大地提高钾素吸收量、钾素利用率、钾肥利用率。