氧气含量对竹材炭化特性的影响

竹材炭化过程中,炭化温度和炭化时间是两个十分重要的工艺参数,同时炉内的氧气含量对竹材炭化也会产生较大影响。通过传感器实时测定并控制炉内氧分压,研究炉内氧含量对竹材炭化的影响。结果表明,随着炉内氧分压增加,得炭率下降。用电子显微镜和能谱仪分析观察竹炭的微观结构和残留物成份,揭示竹炭蜂窝状的微观结构;随着炉内氧分压增加,竹炭孔径变大,表明炭化过程中氧含量影响竹材炭化过程中细胞的收缩。     

机制棒自燃内热式炭化窑及其炭化工业试验

研制了一种适用于机制棒炭化的间歇式自燃型炭化窑,并进行了机制炭年生产能力400 t规模的工业性试验,生产周期为4～6天,该炭窑利用于馏过程产生的可燃性气体在窑内可控燃烧作为炭化过程本身热源,依次经历炉内熏烟、排烟初炭化和导入空气煅烧精炼三个工艺阶段,其中煅烧精炼时间对炭化得率及机制炭质量影响较大,6h的精炼时间为较佳选择,制得机制炭挥发份含量为5.32%,固定碳含量为90.35%,热值34293 kJ/kg,炭化得率35.0%,直径收缩率23%.该炭窑炭化均匀性好,生产的机制炭质量稳定.     

稻壳连续式炭化工艺及其性能研究

采用自主研制的连续式炭化炉进行了稻壳炭化试验,对不同炭化温度和稻壳炭出料速度对炭化得率、稻壳醋液得率以及稻壳炭性能的影响进行分析,结果表明:最佳出料速度随炭化温度的升高呈上升趋势,且两者呈线性相关,其相关方程为y=0.0125x-2.25,R~2=1;炭化优化工艺对稻壳炭的p H值(8.06~9.00)、热值(19 350~20 980 J/g)、固定碳含量(40.92%~45.15%)等性能指标以及稻壳醋液性能的影响较小,各处理稻壳炭能够符合栽培基质用途要求;炭化温度260±10℃、10min出料1.00 L时稻壳醋液得率55.28%,明显高于另外3个炭化工艺,适合以稻壳醋液为主要目标产品的生产;而炭化温度320±10℃、10 min出料1.75 L时,稻壳炭的生产效率最高,适合以稻壳炭为主要目标产品的生产。     

成型炭生产过程中气、固产物特性及利用

研究了生物质成型炭生产过程中热解温度对气、固产物性能的影响,为更好地利用气、固产物,完善生产装置的设计及生产工艺技术路线提供了理论指导.研究表明:分别以木屑、玉米秸秆、稻壳为原料,在本研究系统中,就气体产物而言,炭化炉热解气体热值在200～450 ℃温度范围内均随炭化温度的上升而增加,在450℃左右时气体热值达到最大值,然后有所下降;就固体产物而言,随着最终精炼温度的提高,成型炭产品的挥发分含量递减,而固定碳含量及产品热值递增,但700℃以后其增加幅度变小,其中以木屑为原料制成的成型炭产品热值最高,品质最好.     

木屑炭化物制备工艺研究

采用杉木（Cunninghamia lanceolata）屑为原料制备木屑炭化物,通过正交试验研究炭化温度、炭化时间及原料含水率对木屑炭化得率及炭化物理化特性的影响。结果表明：炭化温度对木屑炭挥发分含量、灰分含量、固定碳含量和热值的影响达极显著水平,原料含水率对木屑炭挥发分含量的影响呈显著水平;木屑炭化物的最佳炭化工艺条件为炭化温度450℃、炭化时间2.5 h、原料含水率高（即31.26%以上）,制备的木屑炭化物挥发分含量19.62%、灰分含量4.15%、固定碳含量76.23%、pH值9.46、吸光度0.2510、热值31550 J/g,炭化得率可达32.11%。     

核桃壳炭化行为研究

将核桃壳在不同温度睛炭化，研究其炭化温度对产物产率和性能的影响。为进一步制取炭分子和活性炭、撮和分离化工产品，制造城市煤气打下理论基础。     

烟杆炭化过程中结构变化的研究

为了研究烟杆炭化过程和产物炭的结构特征,采用热重分析(TGA)考察了烟杆的热解行为,并用X射线衍射对产物烟杆炭的结构进行了研究,同时还讨论了炭化温度(773~1 773 K)对烟杆炭结构的影响,提出了烟杆炭化过程的结构模型,探讨了烟杆的炭化机理。研究结果表明,烟杆在N2气氛中的热分解开始于433 K左右,在470~660 K范围内热解最为剧烈,且在943 K时热解反应基本结束,烟杆在1 273 K下热分解后的残炭率为27.15%;烟杆炭的XRD谱图中只存在(002)、(100)和(110)3个弥散的衍射峰,是一种典型的难石墨化炭材料,并且炭化温度越高,烟杆炭中的石墨状微晶其平均层间距d002越小,随炭化温度的变化,微晶层面沿c轴方向的堆积厚底(Lc)和沿a轴方向的微晶直径(La)分别在0.66~1.24 nm和2.64~4.26 nm之间变化,表明烟杆炭中的石墨状微晶c轴方向平均可堆积2~4层六角碳网层面,而a轴方向约含有10~18个芳环。     

竹材热解及炭化收缩特征分析

对四种竹材的热解行为及炭化收缩现象进行了分析研究,结果表明:(1)竹材的种类和年龄对其热解特征和炭化收率有重要影响;(2)炭化过程中竹材收缩率随温度升高而增大;(3)竹材的炭化收缩率在不同年龄、不同部位也有差异.在相同炭化温度下,竹材炭化过程中切向和径向的收缩率高于轴向.     

日本木炭炭化装置应用现状及其发展

日本木炭工业主要采用旋转炭炉、平板炉、螺旋式锯屑连续炭化炉和流动式连续炭化炉等炭化法。日本对生产黑炭或白炭的炭窑进行了多方面的研究表明,使用廉价的锯屑、树皮、枝桠材作为原料制造木炭,即使得率较低,但可应用廉价的炭化工艺。1 日本炭化装置使用现状     

炭化温度对竹基活性炭孔结构及电化学性能的影响

以毛竹为炭前驱体,KOH作活化剂,通过调节炭化温度在相同活化条件下制备了具有不同孔隙结构的竹基活性炭材料,通过SEM、XRD、BET、直流充放电、交流阻抗和循环伏安等结构与电化学性能分析方法,考察了炭化温度对竹基活性炭材料结构和性能的影响。研究结果表明:随着炭化温度升高,活性炭材料的比表面积与总孔容、中孔孔容均不断减小,微孔比表面积和微孔孔容先增大后减小。其中炭化温度为500℃的样品BAC500比表面积为3447m~2/g,总孔容为1.96cm~3/g,在有机电解液中以1mA/cm~2的电流密度充放电时,比电容高达178.8 F/g,电流密度增大50倍容量保持率为74.6%,显示出良好的功率特性。活性炭材料中存在一定比例的中孔不仅可以改善电极材料的功率特性,而且可以提高微孔的利用率。     

油茶壳活性炭的制备工艺研究

以油茶壳为原料,采用直接炭化和二步炭化法制备活性炭,探讨炭化温度和保温时间对活性炭产品得率、亚甲基蓝吸附值和碘吸附值的影响。研究结果表明,随着炭化温度的升高,直接炭化法制得的油茶壳活性炭的吸附性能呈先升后降的趋势;二步炭化法随着保温时间的延长,活性炭的吸附性能呈不断上升的趋势,在较优的工艺条件下,活性炭的亚甲基蓝吸附值和碘吸附值为210.0 mg.g-1和1 016.2 mg.g-1。二步炭化有利于进一步提高直接炭化的油茶壳活性炭的吸附性能,制得吸附性能良好的活性炭材料。     

高温炭化法制备竹炭的研究

采用高温炭化法制备竹炭,探讨温度、保温时间和升温速率对竹炭吸附性能的影响,并通过N2吸附等温线对其孔隙结构进行表征。结果表明:随着温度提高、保温时间延长,竹炭的亚甲基蓝吸附值和碘吸附值呈现逐步增长的趋势;升温速率的提高,促进了炭素前驱体石墨化程度的提高,不利于竹炭孔隙结构的发达;高温炭化法可以制得微孔、中孔、大孔较发达的竹炭。在较佳的实验条件下,高温炭化法可制得亚甲基蓝吸附值和碘吸附值分别为280 mg.g-1和947.3 mg.g-1的竹炭。     

竹材液化物碳纤维的电学性能研究

使用万用电表、X射线衍射仪等仪器对竹材液化物碳纤维的电阻率、XRD结构参数等进行测量,初步研究了竹材液化物碳纤维电阻率随炭化温度、炭化时间以及XRD结构参数的变化规律,为进一步探讨其导电机理、导电性能以及将其作为电磁屏蔽材料提供基础数据.     

竹材含水率和炭化温度对竹醋液得率和竹炭质量的影响

本文以自制连续式炭化炉就竹原料含水率和炭化温度对竹醋液得率和质量及竹炭质量的影响作了试验研究,结果表明,较高的含水率(约40%)和较高的炭化温度(约450℃),均有利于提高竹醋液的得率,其中,含水率对竹醋液得率的影响达显著水平,但总酸含量、溶解焦油含量、沉淀焦油含量则相反,呈降低趋势,其中,后者呈极显著差异;试验结果同时表明,较高的炭化温度使竹炭挥发分含量降低而固定碳和碘吸附值含量提高,其中对固定碳含量影响达到显著水平。     

竹材料处理工艺改良的研究

采用正交试验设计,探讨炭化、蒸煮及复合改性剂浸渍工艺对竹片工艺品质的影响,结果表明:采用二次炭化工艺可以显著提高竹片工艺品质,竹片炭化最优工艺参数为:一次炭化蒸汽压力0.3 MPa、炭化时间180 min;二次炭化蒸汽压力0.2 MPa、炭化时间100 min。蒸煮处理结合复合改性剂浸渍处理也可以提高竹片工艺品质并代替炭化工艺生产出高品质的竹片材料,竹片蒸煮最优工艺参数为:煮蒸水温80℃,蒸煮时间7 h;竹材复合防腐剂压力浸渍工艺的最优参数为:浸渍压力1.0 MPa、时间120 min、DP∶UF为4∶1。     

炭化条件对竹原纤维炭孔隙结构的影响分析

为研究炭化竹原纤维的特性,进一步提升竹原纤维的使用性能,拓宽竹原纤维的应用领域,采用可控电炉制备了不同炭化温度和不同保温时间条件下的炭化竹原纤维,利用全自动比表面积及孔隙度分析仪测试了炭化竹原纤维的比表面积、比孔容及平均孔径,探讨了炭化条件对其性能的影响。结果表明：随炭化温度的升高和保温时间的延长,炭化竹原纤维的比表面积、比孔容和孔径分布先增大后减小,在较优的工艺条件下,炭化竹原纤维的比表面积和比孔容最大值分别可达819.35m2/g和0.7358cm3/g,平均孔径最小可达2.0836nm。     

高收炭率与低制炭周期之竹炭先进制程开发

日式竹材碳化土窑有均温性较差、收炭率较低、加热速度慢及高温碳化条件不易达到的缺点,本研究尝试将一创新的外燃式生质能气化/燃烧炉与竹材碳化土窑结合,试图以燃烧强度与效率较高的外燃式生质能气化/燃烧炉取代土窑以自然送风的焚化生质燃料方式,初步的试烧实验显示本研究构想的均温性与加热速率皆远优于传统的内燃式自然送风焚化方式,本制程可将炭化所需的时间大幅缩短为传统制程的1/24;收炭率提高2倍;并可在土窑内生产900℃以上的高级竹炭。     

Analysis of chemical structure of wood charcoal by X-ray photoelectron spectroscopy

Wood charcoal carbonized at various temperatures was analyzed by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR), and X-ray diffractometry to investigate the changes of chemical structures during the carbonization process. From the infrared spectra, the carbon double bonds and aromatic rings were seen to form at a carbonization temperature of about 600°C. From the XPS spectra, the ratio of aromatic carbons increased in the temperature range 800–1000°C and over 1800°C. The condensation of aromatic rings proceeded as carbonization progressed. The drastic reduction of electrical resistivity of charcoals was observed in almost the same temperature range. It was found that the condensation of aromatic rings had some relation to the decline in electrical resistivity. Wood charcoal carbonized at 1800°C was partly graphitized, a finding supported by the results of X-ray diffraction and XPS. The functional groups containing oxygen diminished with the increase in carbonization temperature.This paper was presented at the 45th Annual Meeting of the Japan Wood Research Society in Tokyo, April 1995 and at the 47th Annual Meeting of the Japan Wood Research Society in Kochi, April 1997