木聚糖对生物质组分水热碳化特性的影响研究

为了研究木聚糖的水热碳化特性,在间歇式反应釜中,进行反应温度为160~240℃、停留时间为120 min条件下的水热碳化实验研究,同时在220℃、120 min的反应条件下,考察了木聚糖对纤维素和木质素水热碳化过程的影响。研究发现,200℃时,木聚糖水热焦开始出现,随反应温度的升高,木聚糖水热焦产率逐渐增加,至240℃时,产率达13%;以小麦秸秆中半纤维素与纤维素和木质素混合水热碳化,木聚糖对纤维素水热焦产率影响不大,而碳质量分数从纯纤维素水热焦的42%增加至纤维素和木聚糖混合物水热焦的48%,与纯木质素水热焦相比,木聚糖和木质素混合物水热焦产率减少了23个百分点,碳质量分数变化不大;木聚糖水热焦中特征官能团随温度升高而减少,而CC、CO和芳香特征峰红外吸收逐渐增强,同时热重分析表明木聚糖水热焦热稳定性较好。傅里叶红外光谱、X射线衍射分析及热重分析表明,在水热碳化过程中,木聚糖可以促进纤维素和木质素分子结构的断裂、聚合和芳香化反应,提高水热焦的芳香特性。     

麦秆湿解反应水溶液循环对固形产物的影响

为了减少生物质湿解过程的排放和水的消耗,以麦秆为原料,麦秆湿解水溶液为溶剂,在高温高压反应釜中,进行了反应温度为220℃,停留时间为120 min条件下的水循环湿解实验研究,并结合X射线衍射(XRD)、傅里叶红外光谱(FTIR)和热重分析仪的检测分析结果对使用循环水作为溶剂时的麦秆湿解固体产物的微晶结构、化学组成和热稳定性进行了深入分析。研究发现,随水循环次数的增加,固体产物产率和固碳率逐渐增加,同使用新鲜水的麦秆湿解实验相比较,水循环第6次时,固体产物产率和固碳率分别增加至78.7%和92.4%;麦秆湿解固体的有序化程度亦随水循环次数的增加而增加,微晶结构接近于石墨化的程度逐渐提高,有机官能团和脂肪族结构逐渐减少,芳香化和炭化程度逐渐提高;热重分析表明,麦秆湿解固体热稳定性较好,并随水循环次数的增加,热稳定性逐渐增强。麦秆湿解反应水溶液循环利用有益于固体目标产物的生成,并可改善产物的理化特性。     

葡萄糖水溶液环境对麦秆水热产物特性的影响

为了研究葡萄糖对水热炭化反应过程和水热焦形成的影响,以麦秆为原料,利用高温高压反应釜,对麦秆在葡萄糖水溶液环境中的炭化反应过程和水热焦理化结构演变及液相产物主要组分浓度分布的变化进行了分析。研究发现,在反应温度220℃,停留时间120 min条件下,随着葡萄糖添加量的增加,水热焦产率和碳质量分数有所增加,而氢和氧质量分数未发生明显改变,当葡萄糖添加量为麦秆质量的0.4倍时,水热焦产率达68.56%;葡萄糖分子阻碍了麦秆中主要化学组分的分解与炭化反应,使得水热焦炭聚合物的红外吸收特征峰减弱,同时XRD衍射峰强度降低,热稳定性下降,如选择水热炭化过程水循环利用,可进行可溶性糖分离;在麦秆与葡萄糖共同水热炭化过程中,葡萄糖以分解反应为主,同未添加葡萄糖的麦秆水热炭化液相产物相比,糠醛、5-HMF和乙酸的质量浓度均有所增加,其中5-HMF增加最为显著,至葡萄糖添加量为4 g时,达20.21 g/L。     

麦秆湿解固体产物腐殖化与炭化特性分析

为了研究生物质湿解过程中固体产物的腐殖化和炭化特性,以麦秆为原料,在高温高压反应釜中,进行反应温度为220℃、停留时间30~180 min条件下的湿解实验研究,结合X射线衍射(XRD)和傅里叶红外光谱(FTIR)检测分析结果对麦秆湿解固体产物的微观结构和化学组成进行了深入分析。研究发现,麦秆经过湿解处理,固体产物中C元素质量分数从停留时间30 min时的45.86%逐渐增加至180 min时的49.06%;在停留时间为60 min时,XRD谱图上在衍射角2θ约为26°附近就已经出现强峰,微晶结构接近于石墨,并随停留时间的增加,芳香化和炭化程度逐渐提高;固体产物中含有丰富的腐殖质,具有大量的芳香结构和含氧官能团。     

榴莲壳水热焦特性及其电化学性能分析

为研究榴莲壳水热焦作为电极材料的性能,以榴莲壳为原料,在250℃、10h和液固比为10g/g的条件下,通过一步水热炭化将其制备成水热焦,并分析了水热焦的元素组成、结构特性及其作为电极材料的电化学性能。结果表明,榴莲壳水热焦C质量分数高达70.29%,O质量分数低至16.96%,表面含有丰富的含氧官能团,水热焦中的C主要呈无定形结构,部分接近天然石墨结构;水热焦表面粗糙、分布着尺寸不同的孔隙,多点BET比表面积为38.74m2/g,平均孔径4.67nm;在6mol/L KOH作为电解质的三电极系统中,以水热焦作为工作电极的循环伏安曲线对称,且近似矩形,说明水热焦中含杂原子的官能团提供了部分赝电容,恒电流充放电曲线近似为三角形,1A/g时比电容为344.83F/g;交流阻抗曲线在低频区呈陡直的斜线,说明榴莲壳水热焦具有良好的电性能和循环稳定性,可用于超级电容器电极材料和低成本的储能材料。     

水热碳化制备榴莲壳复合焦及其电化学性能

为研究水热碳化处理对榴莲壳复合改性焦性能的影响,将榴莲壳原料及250℃、10 h制备的水热焦分别与层状氢氧化镁铝(Mg/Al LayeredDoubleHydroxide,MgAl-LDH)复合,获得榴莲壳与MgAl-LDH复合焦MgAl-LDH@DP和榴莲壳水热焦与MgAl-LDH复合焦MgAl-LDH@HC,分析比较两种焦的特性以及电化学性能。结果表明,同MgAl-LDH@DP相比,MgAl-LDH@HC有更强的活性含氧官能团,对LDH纳米片有较好的分散性。MgAl-LDH@DP焦表面有大量针状结构,而MgAl-LDH@HC呈不规则片状结构,表面疏松多孔,BET(Brunauer-Emmett-Teller)比表面积为62.96 m~2/g,平均孔径14.81 nm,BJH(Barrett-Joyner-Halenda)累积吸附孔容积为0.24 cm~3/g,均高于前者,更有利于电荷储存和电子传输。在KOH溶液为电解质、复合焦为工作电极的三电极系统中,循环伏安曲线和恒电流充放电曲线分别接近矩形和三角形,同MgAl-LDH@DP相比,MgAl-LDH@HC有较好的电容特性和倍率性能,低频时交流阻抗曲线斜率更大,离子扩散阻力相对较小,有潜力作为超级电容器电极材料应用。     

玉米秸秆水热炭化产物特性演变分析

为了研究玉米秸秆水热炭化过程及固体目标产物特性的演变规律,在高温高压反应釜中,进行反应温度为180~290℃、停留时间为8 h的水热炭化实验研究。研究发现,随反应温度的升高,玉米秸秆固体水热焦产率从180℃时的71%逐渐下降至290℃时的36%,而C质量分数从玉米秸秆原料中的44.86%增加至72.36%,O质量分数从原料中的44.2%下降至15.36%,明显提高了其能量密度。至290℃时,水热焦的H/C和O/C原子比分别为0.88和0.16,接近于煤的H/C和O/C原子比,高位热值高达29.79 MJ/kg。水热焦中特征官能团随温度升高而减少,而C=C、C=O和芳香特征峰红外吸收逐渐增强,同时热重分析表明水热焦热稳定性逐渐提高。元素组成和傅里叶红外光谱分析表明玉米秸秆经水热炭化处理,低于230℃时主要经历脱水和脱羧反应,而高于230℃以后,以缩聚反应和芳香化为主。     

不同豆腐废水添加量下芦苇秆水热焦燃烧特性研究

为研究豆腐废水添加量对生物质水热碳化行为的影响,以芦苇秆为原料,纯水溶剂为参照,在反应温度250℃、停留时间240 min、液固比5~30条件下进行了水热碳化实验,分析了水热焦元素组成和燃烧特性的变化规律。结果表明,随着液固比的增加,豆腐废水溶剂中水热焦产率从49.27%增至63.53%,而纯水溶剂中水热焦产率从46.30%下降至38.30%,两者变化趋势相反;豆腐废水中水热焦的C和N质量分数变化范围分别为68.35%~70.30%和1.48%~3.26%,高于纯水中水热焦的相应参数,且随着液固比增加,豆腐废水中水热焦的C和N质量回收率增加;豆腐废水促进了芦苇秆的脱羧反应,水热焦H/C原子比和O/C原子比均与褐煤相近,高位热值最高为29.53 MJ/kg,能量密度约为1.80,能量回收率从0.85增至1.17,而燃料比从1.09减小至0.78。在液固比不大于10时,豆腐废水溶剂中的芦苇秆水热焦有与纯水溶剂水热焦相近的燃烧特性,其燃烧性能良好。