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.     

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。     

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。     

含脲醛树脂胶黏剂的杨木刨花板的热解特性

为探明胶黏剂对废弃刨花板热解的影响,采用热重分析技术,以20℃/min的恒定升温速率对杨木、杨木刨花板和脲醛树脂的热解特性进行了分析。结果表明：3种材料的热解基本都可分为干燥失水、快速热解和缓慢分解3个阶段。采用一级反应动力学模型对快速热解阶段进行计算,得出杨木的活化能为70.21kJ/mol,杨木刨花板的活化能为46...     

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。     

白桦粒度对其热解特性的影响

以白为生物质原料，将原料分为:0.2-0.5mm;0.5-0.8mm;0.8-1.2mm三个粒度等级，采用热重法（TG）和微商热重法（DTG），分别在升温速率为10、20、40、60℃/min四种条件下进行热解实验和热解特性研究。得出结论：在相同的升温速率条件下，白桦颗粒尺寸增大，平均热解速率趋于减小，其减小的程度与升温速率有关；高升温速率时，白桦颗粒尺寸增大，平均热解速率下的程度，大小低升温速率时的平均热解速率，颗粒尺寸增长，最大失重速度点温度Tp趋于增大，高升温速率热解时，应尽量减小白桦颗粒尺寸。     

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。     

基于TG-FNIR联用分析的农业固体废弃物热解特性研究

[目的]研究稻秆的热解及产物生成特性。[方法]采用热重（TG）与傅立叶近红外（FNIR）联用的方法（TG-FNIR）研究稻秆热解过程的影响因素及其产物生成特性。[结果]升温速率和粒径对稻秆的热解特性均具有一定的影响,升温速率越高,热解起始温度和失重温度越大,粒径越小越有利于热解;FNIR分析结果表明,热解初始阶段的气态产物主要是水蒸气和少量的CO及CO2,随着温度的升高,热解的主要气态产物变为CO、CO2、CH4以及小分子烃类。[结论]该研究清楚地了解了稻秆整个热解过程的状态及其产物的生成情况。     

蓝藻与木屑混合炭化制备燃料炭研究

该研究以蓝藻与木屑压缩混合物为原料,经粉碎干燥处理后,进行热解炭化制备燃料炭,考察了升温速率、炭化时间、炭化温度等因素对炭化实验的影响。结果表明,在不同炭化条件下获得的燃料炭的得率和热值差异较大,且获得燃料炭的燃烧性能较未炭化原料有很大提升;蓝藻与木屑混合物制备燃料炭较为适宜的工艺条件为:升温速率为10℃/min,炭化温度为350℃,炭化时间为40min,在此条件下燃料炭得率可达57.9%,热值可达17.4 MJ/kg,其热值比普通生物质材料(10MJ/kg)提高了0.7倍。     

温度梯度对秸秆炭化物质产率及特性的影响

在300～700℃温度区间,玉米秸秆、水稻秸秆以每100℃为间隔,大豆秸秆以200℃为间隔,研究炭化热解,量化对比产物。结果表明,秸秆热解炭比表面积、总孔容积、pH和碱式官能团随温度升高而增加,孔径和酸式官能团随温度升高而降低;热解液随热解温度升高,酸度降低;热解气中氢气和甲烷含量随温度升高而增加。热解温度平均每升高100℃,热解炭产率平均减少9.31%,热解液产率平均增加4.55%,热解气产率平均增加4.35%。玉米秸秆热解炭、热解液和热解气产率拐点分别为600、611和666℃,水稻秸秆热解炭、热解液和热解气产率拐点分别为666、600和666℃。量化参数可为优化秸秆炭化工艺提供技术支持。     

生物质居里点热裂解研究

[目的]为生物质裂解的机理分析提供理论基础。[方法]利用JHP-5型居里点裂解仪,在不同的居里点温度下研究杨木屑及其磨木木质素的裂解。同时,在试验的裂解温度范围内研究温度对主要裂解液相产物的影响。[结果]通过GC-MS在线分析裂解的液相产物显示2,种原料的液相产物都为酚类物质,产物基本相同,只是杨木屑的酚类物质种类较多,并且有糠醛产生。液相产物的相对含量随温度的升高都表现为先增加后减少的变化规律,温度为445～590℃时液相主要产物的相对含量较大。[结论]居里点热裂解与气质联用分析技术已成为木质化学研究领域一个固定的技术。     

烘焙预处理对方竹热解产物特性的影响

以小径级竹材方竹Chimonobambusa quadrangularis为研究对象,采用程序控温管式炉、热重红外联用仪（TG-FTIR）和快速热解-气质联用仪（Py-GC/MS）等开展方竹烘焙与热解试验,探究烘焙温度（210,240,270和300℃）对热解（550℃）过程中气、固、液三态产物特性的影响,分析方竹烘焙后固体产物热解机制。结果表明:随烘焙温度升高,固体产物中碳元素及固定碳相对含量显著提高,氧元素及挥发分相对含量明显降低,氧碳比由0.72减小到0.53,热值由18.32 MJ·kg-1增加到21.65 MJ·kg-1,竹材能量密度显著提高。热解气体产物主要有二氧化碳（CO₂）、水蒸气（H₂O）、一氧化碳（CO）、甲烷（CH₄）和氢气（H₂）,其中CO₂产量最大;随烘焙程度加深,CO₂,CO,H₂O,CH₄产量均减小,H₂增加。热解液体产物主要有酸类、酚类、呋喃类、酮类和醛类等,其中酸类、酚类以及呋喃类相对含量较高,分别为12.69%,34.72%和29.80%,酮类及醛类相对含量较少,分别为9.32%和11.87%;随烘焙温度升高,酸类、醛类及呋喃类相对含量逐渐降低,酚类及酮类逐渐增加。     

废弃人造板热解冷凝液的抑菌特性

为了评价废弃人造板热解冷凝液的应用活性,对不同热解条件下所得刨花板和纤维板热解冷凝液进行抑菌实验,采用抑菌圈法观察其抑菌效果,并利用气质联用仪对成分进行分析。结果表明:人造板热解冷凝液对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抑菌效果显著,抑菌圈直径最大分别可达23.48和20.54 mm。人造板热解冷凝液中含氮化合物较多,而木醋液中酸、酮、酚、酯类化合物较多,这种成分上的差异使得人造板热解冷凝液对细菌的抑制效果较弱。人造板热解冷凝液有较好的抑菌作用,虽然比竹醋液和木醋液稍弱,但因其来源广泛,而具有一定的开发利用价值。      

工业碱木素热裂解特性研究

用热重分析法和热解色谱质谱联用技术(Py-GC-MS)对工业碱木素热解行为进行了初步研究,分析了工业碱木素在不同升温速率下的热分解特性。结果表明,工业碱木素的热解过程主要分为4个阶段,在200℃以下的低温区和300～500℃的中温区各有1个强烈失重峰。工业碱木素热裂解产物非常复杂,Py-GC-MS分析表明,在300℃下的热解产物中,以源于工业碱木素的聚糖热解产物为主,含有一定量的低分子木素热解构产物;在450℃下的热解产物中,以木素大分子的热解构产物为主,例如各种酚类化合物、愈创木基丙酮等酮类化合物及源于木素-碳水化合物复合体的阿魏酸等化合物。      

生物质成型燃料的热解燃烧特性试验研究

研究了棉杆成型块等生物质固体燃料在小型移动层上吸式热解燃烧炉中的热特性.结果表明,密度较大的棉杆成型块升温速率和降温速率均较低,挥发份的逸出时间增加,高温燃烧时间延长,炉子的热效率提高.棉杆成型块在炉胆中的充填量对可燃气体的稳定燃烧和高温火焰的持续时间影响显著.填满炉胆的棉杆成型块的燃烧性能优于棉杆,其燃烧热效率达39.3%,为棉杆的1.72倍.     

脲醛树脂在水曲柳刨切薄木湿贴工艺中的应用

扼要介绍了湿法棉秆中密度纤维板基材表面用以脲醛树脂为主要成分的混合胶,湿贴厚度为0.25mm和0.4mm水曲柳刨切薄木的工艺,并对基材、胶粘剂、贴面材、胶贴工艺等诸多因素优化研究,比较有效地解决了透胶和脱胶等问题,制得质量合格而又有明显经济效益和使用价值的棉秆中密度纤维板薄本装饰板。研究结果表明,湿贴工艺中采用以脲醛树脂为主要组分的混合胶是可行的,胶贴质量达到日本农林省JAS标准“装饰合板”中规定的指标。     

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;.     

果类蔬菜藤茎热解产物分析

[目的]解决蔬菜藤茎残留植株菌害及就地堆积造成的病菌蔓延问题。[方法]采用隔氧热解的方式处理蔬菜藤茎,对其液态冷凝液和固体炭化物进行研究。[结果]黄瓜和番茄藤茎的热解冷凝液体产物呈现弱酸性,pH值分别为5.57和4.96,成分中含有较多的有机酸和酚类及多种含氮物质;黄瓜和番茄藤茎的热解炭化固体物中有机元素中含有氮元素,两者的C/N数值分别为23.6和13.0。[结论]果类蔬菜藤茎热解炭化产物作为资源循环资材在温室土壤改良等方面具有一定的应用可能性。     

我国南方3种主要作物秸秆炭的理化特性研究

以我国南方水稻(D)、棉花(M)和玉米(Y)3种主要作物秸秆为研究对象,研究了400、450、500℃温度下制备的作物秸秆炭的主要理化特性。研究结果表明:生物炭的出产率因热解温度和秸秆种类而异,一般低温出产率高,高温趋于稳定,3种物料灰分含量是DYM;生物炭p H值随热解温度升高而增大,且均呈碱性;比表面积总体上随温度增加而增加;有机碳和总氮含量随热解温度升高而降低,总磷和钾含量随热解温度升高而增加;不同秸秆炭所含官能团基本相同,-OH随温度升高呈减弱趋势,而芳香性结构增加。经综合对比,推选500℃下制备的生物炭较好。