改性HZSM-5催化生物质与塑料热解制备芳烃和生物炭

为了进一步提升生物油的品质,该研究采用竹材和低密度聚乙烯(Low-Density Polyethylene, LDPE)为原料,采用金属氧化物和HZSM-5(HZ)为催化剂催化生物质共热解,探索生物质与塑料的混合比例、金属氧化物的种类(HZSM-5、CaO、MgO、CeO_2、La_2O_3和SnO_2)、HZSM-5和MgO的混合比例以及组合方式(分层模式和混合模式)对生物质催化共热解制备生芳烃和生物炭的影响,同时对其添加效果进行分析。结果表明:LDPE和金属氧化物的添加可以有效的促进生物质的转化,降低了生物油的产率(9.76%～23.96%),提高生物油的品质和生物炭的石墨化程度,二者具有明显的协同效果,MgO促进了烷基酚的形成,CaO促进了烯烃的转化,而La_2O_3和SnO_2明显的促进是呋喃的生成。而且混合模式可以有效的提高芳烃的产率,当生物质:LDPE=1:1,HZSM-5:MgO=2:1时,芳烃含量最高为84.99%,苯、甲苯、二甲苯和乙苯(SBTXE)的总含量达到了60.09%,而甲苯和二甲苯含量分别达到了25.97%和16.91%,混合模式有效促进了苯、甲苯和二甲苯的选择性,分层模式有效促进了烷基苯的转化,且MgO的添加明显抑制了稠环芳烃的形成。     

SiO2对改性生物质焦理化特性的影响

为了探索SiO2对改性生物质焦理化特性的影响,以稻秆、棉秆、稻壳作为原料,在600℃下热解制备生物质焦;焦样再经不同温度下NH3/CO2高温气态改性后获得对CO2具有高选择性的富氮生物质焦。采用傅立叶红外光谱分析改性前后生物质焦的表面官能团结构,利用ASAP2020自动吸附仪测量其常温变压下的CO2吸附量,并结合X射线荧光光谱对热解焦的灰成分进行分析,探讨不同原料的生物质焦改性过程中,其理化特性的演变。研究表明,生物质焦灰分中过高的SiO2会阻碍其高温下CO2的活化作用及NH3的氨化作用;焦样灰分中的SiO2含量越低,其改性效果越理想。     

除草剂残留下生物炭对土壤微生物的影响

采用盆栽试验,模拟农田土壤除草剂残留环境,研究异噁草松残留下,生物炭对土壤微生物群落数量的影响,阐明生物炭及其结构特性对土壤微域环境的改善作用。结果表明:土壤中异噁草松残留在0~0.72 mg·kg^-1对土壤真菌和放线菌影响趋势一致,随作物生育进程延长具有刺激增加的作用,尤其是高残留处理,但初期对细菌具有较强的抑制作用,至甜菜生长到第50 d才恢复正常;加炭后,土壤真菌数量降低,但与对照差异不显著;异噁草松土壤残留低于0.24 mg·kg^-1,加炭后土壤放线菌数量高于对照未施炭处理;异噁草松残留低于0.12 mg·kg^-1,加炭后细菌数量先增加后降低;生物炭为"深层孔洞"结构,含有C、O、S等多种元素。试验结果表明,土壤中一定浓度的异噁草松残留,对土壤真菌、放线菌有刺激增加作用,加入生物炭后,能够缓解除草剂高残留对细菌的抑制作用。     

淀粉胶生物质炭基氮肥制备及其缓释特性分析

以生物质炭为载体,与自制改性淀粉胶黏剂、尿素进行复合,利用万能力学试验机和自制成型模具制备颗粒缓释肥料,研究水分添加量、成型压力、炭肥比及胶黏剂添加量4个因素对颗粒肥料抗压性能和缓释性能的影响。结果表明:对于纯炭粉成型,当水分含量为10%、成型温度为45℃、成型压力为6k N时,成型颗粒的抗压强度达到最大;尿素与炭粉混合后成型可以增加颗粒强度,当稻壳炭-尿素(即炭肥比)为5:1时,在同样成肥条件下,肥料颗粒的抗压强度最大;改性淀粉胶黏剂可进一步增加肥料颗粒强度,当胶黏剂添加量为5%时,肥料颗粒的抗压强度达到最大。不同配比条件下制备的缓释肥料,其氮素累积释放规律符合"S"型释放模型,添加胶黏剂制备的缓释肥的缓释性能明显优于传统的尿素肥料,以胶黏剂添加量为5%时缓释效果最佳。     

水热炭化温度和时间对鸡粪生物质炭性质的影响

水热炭化被认为是极具潜力的安全处置与资源化利用鸡粪的技术措施之一。该研究将鸡粪在190和260℃水热炭化处理不同时间(1、6和12 h),收集并测定固体产物生物质炭特性,目的在于了解水热炭化反应温度和时间对鸡粪生物质炭特性的影响。结果表明,鸡粪经过水热炭化处理后,46%~56%的干物质转化为生物质炭,C、P质量分数分别增加了5%和59%以上,而H、O、N、K质量分数则分别降低了9%~18%、26%~65%、19%~37%和92%~97%。表面电荷量降低,p H值依变性也减弱,其中有效阳离子交换量降低了50%~90%。生物质炭中1~5μm孔隙显著减少,主要形成1和100μm左右的孔隙。总体来看,水热炭化反应温度越高,反应时间越长,这些指标提高或降低的幅度越大,生物质炭的炭化程度越高;比起反应时间,反应温度对生物质炭性质的影响更大。该文还讨论了鸡粪生物质炭作为土壤调理剂的应用价值与潜力,研究结果可为鸡粪生物质炭在土壤改良等方面的应用提供基础数据。     

丁香酚在生物质半焦催化下的转化行为

以不同热解温度下制备的生物质半焦作为催化剂,在二段固定床反应器中考察木质素模型化合物(丁香酚)的转化行为,利用气相色谱质谱仪分析液体产物的成分及含量,进而考察催化反应过程中的转化路径;通过对催化反应前后的半焦结构表征,探究其结构变化对催化作用的影响。结果表明,热解温度400℃时制备的半焦(400BC)能够显著促进丁香酚向异丁香酚转化,其相对含量占热解产物的66.7%,而600℃的半焦(600BC)催化效果明显较弱。通过X射线光电子能谱和傅里叶变换红外光谱表征分析发现:400BC表面含氧官能团—OH和—COO含量高于600BC,表明半焦表面含氧官能团对丁香酚异构化反应起重要作用,且—OH的催化效果优于—COO。拉曼光谱分析则表明:生物质半焦中小芳环结构与大芳环结构I(GR+VL+VR)/ID比值从400BC的1.64下降到600BC的1.46,且催化反应后其比值进一步变小,说明半焦炭结构中的小芳环具有一定的催化活性,随着半焦制备温度的升高及催化反应的进行,半焦中小芳环逐级向大芳环转化,石墨化程度增大,从而导致活性降低。此外,笔者构建出生物质半焦对丁香酚的催化机理,即半焦表面含氧官能团与丁香酚中羟基/苯环形成氢键,以及半焦炭结构中小芳环与丁香酚苯环通过π-π堆积效应相互作用。     

秸秆水热生物炭燃烧特性评价

为推动水热生物炭燃料化利用,以不同水热炭化温度（200、240、280、320、360℃）下得到的小麦秸秆水热生物炭为原料,利用生物炭化学组成、动力学参数、燃烧指数对水热生物炭燃烧特性进行了评价,并研究了水热炭化温度对燃烧特性的影响。研究结果表明,随着水热炭化温度由200℃增加到360℃,由于脱水、脱羧反应的发生,水热生物炭的燃料比由0.34增加到1.2,O/C和H/C物质的量比分别由0.5、1.17降至0.07、0.67,水热生物炭的煤化程度升高;水热生物炭在低温段、高温段的活化能分别由14、67kJ/mol增加到41.4、76.5kJ/mol,水热生物炭燃烧反应活性降低;无量纲燃烧指数Z由3.49×10-2降至6.64×10-3,表明燃烧反应活性降低,这与化学组分和表观活化能的评价结果一致,指数Z可用于衡量水热生物炭的燃烧活性。     

除草剂残留下生物炭对甜菜生长的影响

采用盆栽试验, 模拟除草剂土壤残留环境, 研究土壤中异噁草松残留对甜菜生长的影响, 阐明利用生物炭降低残留药害、促进甜菜生长的作用。结果表明:土壤中异噁草松残留达到0.12 mg·kg^-1, 甜菜生长受抑制, 并随残留量增加而逐渐加重;当土壤中异噁草松浓度大于0.48 mg·kg^-1, 幼苗初期生长受重度药害抑制率达100%;施入一定量生物炭后, 幼苗受药害症状普遍减轻或不受药害, 植株生长旺盛, 根冠比增加, 根系形态结构改善, 含糖量平均增加1.10%, 与未施炭处理差异显著。试验结果表明, 土壤中施入一定量的生物炭, 能够降低除草剂残留对甜菜生长的抑制作用, 对甜菜生长有明显的促进作用。