活性炭催化生物质与低密度聚乙烯共热解

为探究生物质主要组分与聚烯烃塑料在活性炭共催化热解过程的相互作用机理,该研究采用磷酸活化法制备了活性炭催化剂,利用固定床反应器对纤维素、木聚糖、木质素、花旗松单独催化热解及其与低密度聚乙烯共催化热解产物的产率及组成进行了分析。结果表明,活性炭催化纤维素和木聚糖单独热解的主要产物为呋喃类物质,其质量分数分别为78.6%和83.2%;而活性炭催化木质素热解的主要产物为简单酚类物质（86.6%）。与理论计算值相比,四种混合物共催化热解所得液体产率降低了8.7%～11.4%,气体产率提高了22.6%～64.0%;液体产物中芳烃和轻质脂肪烃（C9～C16）的质量分数增加而氧化物的质量分数降低;气体产物中H2的体积分数有所增加而CO和CO2的体积分数明显降低。活性炭催化剂作用下,生物质三组分与低密度聚乙烯之间相互作用的影响程度有所不同。     

油茶壳热解产物特性及热解炭制备活性炭工艺优化

为了探究热解终温对油茶壳热解产物特性的影响,实现油茶壳热解多联产产物的有效利用,该文研究了油茶壳300～700℃热解过程中气、液、固的得率,特性和能量分布规律,讨论了油茶壳热解炭制备活性炭的工艺条件。研究表明,随着热解终温的升高,生物质炭得率下降,不可凝气体得率上升,生物质油得率则呈现先上升后下降的变化趋势。生物质炭的能量产率高达47.21%～81.59%,是油茶壳热解的主要产物,随着热解终温的升高,其固定碳含量增大,BET比表面积先增加后减小,在600℃达到最高值278 m2/g。油茶壳活性炭制备的最佳工艺条件活化温度850℃,活化时间1.5 h,水蒸气用量与炭的比2.0,此条件下的活性炭得率为37.47%,碘吸附值为825 mg/g,BET比表面积为736 m2/g。该研究为油茶壳热解多联产工艺及产物的综合有效利用提供参考依据。     

农作物秸秆微波热解特性试验

为了研究农作物秸秆在微波辐照下的热解特性,采用定制的微波加热装置,进行了整包秸秆的微波热解试验,并对秸秆微波热解的产物和能耗进行了考察。结果表明,微波加热过程中料包内部温度分布均匀,升温迅速。微波输入功率是影响加热过程的关键因素, 同时料包内部的传热传质对温度分布也有重要影响。微波加热会引发秸秆的热解反应,气体产物主要由氢气、一氧化碳、甲烷和二氧化碳等组成,通过氮吸附方法和扫描电镜分析,得到了固体产物的比表面积、孔容和孔径。微波热解电耗较大,应该合理选择微波功率和物料处理量,以提高经济性。该文结果可为农作物秸秆的资源化利用提供基础性资料。     

竹材热解过程中焦炭组分的变化规律

为了准确掌握生物质热分解机理,该文采用竹材作为典型生物质代表,利用元素分析、漫反射红外(diffuse reflectance infrared Fourier transform spectroscopy,DRIFTS)和二维红外相关光谱(two-dimensional perturbation correlation infrared spectroscopy,2D-PCIS)相结合研究了生物质热解过程中焦炭化学成分、化学结构的演变规律。研究结果发现,氢键网络在250℃热解下解构形成自由羟基,伯醇基在该温度下可转化为羰基类C=O。烷基-CH、-CH2、-CH3起始反应温度分别为250、300、350℃,而吡喃环C-O在300℃左右断键生成大量醚类脂肪链化合物,这些化合物经过缩合重构可能形成新的芳环结构。当热解温度超过350℃,芳基取代反应开始大量发生,焦炭中羰基C=O、醚键C-O-C数量减少,芳环取代基数量增加;500℃后,芳环稠环化反应开始大量发生,600℃热解温度下制备的焦炭中含有大量的稠环芳烃结构。     

玉米芯热解催化转化制备呋喃类化合物工艺优化

为探索木质生物质气固非均相催化热解制备呋喃类化合物新途径,该文以玉米芯为原料,采用MCM-41、活性炭(AC)、Al_2O_3、HZSM-5(Si/Al=38,46,80)、TiO_2和ZrO_2为催化剂,在玉米芯催化热解催化剂筛选的基础上,采用响应曲面法对MCM-41、AC和TiO_2催化热解玉米芯工艺条件进行优化,研究催化剂对热解产物组成和呋喃产率的影响。结果表明,较高比表面积的MCM-41、AC和TiO_2催化剂可明显促进呋喃类化合物的生成,呋喃类产率可分别达到31.43%、28.78%和30.44%,而HZSM-5系列催化剂最低;单个因素影响顺序为催化剂催化热解温度原料与催化剂质量比;催化剂类型和催化热解温度具有明显的交互作用;当催化热解温度为550℃、玉米芯与催化剂质量比为1∶1,采用活性炭为催化剂时,呋喃类化合物产率最高可达35.30%。研究结果可以为基于气固催化反应的木质生物质催化热解制呋喃类化学品提供依据。     

微波加热条件下棉杆热解的产物特性分析

为了揭示微波加热方式对棉杆热解过程的影响,该文采用气相色谱和质谱分析仪（GC-MS）、等温吸附仪（BET）以及傅立叶红外分析仪（FT-IR）分析了棉杆热解产物的理化特性。研究表明随着热解温度的上升,气体产率和液体产率变化趋势相反,且均在500℃附近出现极值,而焦炭产量逐渐降低。微波加热条加下棉杆热解液体产物组分复杂,以乙酸、左旋葡聚糖、苯酚类物质为主,其中乙酸和左旋葡聚糖含量随温度升高而逐渐降低,酚类物质在450℃含量最高,而后总体含量变化缓慢;随着温度的上升,焦炭的孔隙度先增加后降低,所含官能团逐渐减少,焦炭比表面积最大可达到400 m2/g。该文可为微波热解生物质用于产物品质提升的研究提供参考。     

矿物质添加剂对玉米秸秆粉末催化热解特性的影响

依托自制生物质管式炉热解试验平台,以高速机械掺混的方式将添加剂与玉米秸秆粉末直接混合,在常速热解条件下探究不同添加剂(Na_2CO_3、CaO、Fe_2O_3)对玉米秸秆粉末的原位催化热解影响,分析计算试验数据得出:在玉米秸秆粉末热解过程中,3种添加剂均能不同程度降低液相产物产率,提高热解气中氢气产率,其中Na_2CO_3对液相产物的降低效果是CaO的1.5倍,Fe_2O_3的20倍,Na_2CO_3主要是催化促进热解气的产生,CaO则是促进焦炭的生成,并且二者的热解焦炭均有不同形式的结焦聚团,且CaO作用下的热解气低位热值较高,而Fe_2O_3对液相产物的降低效果较小;通过研究3种添加剂对玉米秸秆粉末的热解影响,为生物质催化热解中催化剂的选择和工矿企业废物利用提供了有价值的数据理论和方向。     

微波辐照下生物质焦催化CO2重整CH4试验

为了开发一种将生物质热解气中CO2和CH4转化为合成气的方法,该文以生物质焦为催化剂,利用微波加热方式开展了CO2重整CH4试验研究,探讨了粒径、微波功率、CO2与CH4摩尔比及空速对反应气转化率的影响,研究了CH4裂解、CO2重整CH4和CO2气化的反应特性。研究发现,使用粒径为0.83 mm以下的生物质焦催化CO2重整CH4,反应气转化率变化不大。增加微波功率、增大CO2与CH4摩尔比和降低空速均可以提高反应气转化率。重整反应中反应气初始转化率较高,随后CO2转化率降低幅度很小,CH4转化率则一直降低。相比于重整反应,裂解反应中CH4转化率降低幅度更大,气化反应前期CO2转化率高出重整反应,反应60 min后则低于重整反应。结果表明微波场中生物质焦对CO2重整CH4具有较好的催化效果。     

改性微-介孔催化剂的制备及其催化生物质热解制备芳烃

采用K2CO3对HZSM-5催化剂进行处理,制备微孔-介孔多级孔HZSM-5催化剂,研究了碱液浓度(0.2~0.6 mol/L)对制备多级孔催化剂及其多级孔催化剂对催化生物质热解制备芳烃的产率以及选择性的影响规律,同时采用比表面积和孔径分布仪、X射线衍射仪、X射线光电子能谱、扫描电镜、化学吸附仪、傅里叶红外光谱仪、热重分析对催化剂进行了表征,结果表明：碱处理后催化剂依然保持MFI结构,在脱除分子筛中非骨架硅的同时,产生介孔结构,随着预处理浓度的增加,介孔含量增加,晶内介孔的利用率以及分子筛的扩散性能增加,但使总酸量降低,同时,改性催化剂可以明显的提高木质素来源的生物质热解产物芳烃的产率（67.75%～82.81%）降低焦炭的生成（31.26%～28.06%）,提高生物油中萘族产物（甲基萘以及二甲基萘）的选择性,使C10+以上芳烃含量增加,当采用0.5 mol/L的K2CO3处理时,单环芳烃质量分数最高为82.81%,而焦炭质量分数最低为28.06%。     

不同Si/Al的氢型分子筛催化热解对生物油特性的影响

为考察对于氢型分子筛(HZSM-5)的Si/Al变化和添加量对生物质热解液化的影响,该文通过离子交换法制备HZSM-5催化剂,采用激光粒度分析仪、比表面积及孔径分析仪和X射线衍射仪对催化剂的粒度、孔隙及晶体结构等性质进行表征,并在最佳油产率温度下进行木屑的催化热解。对无催化剂和不同催化条件下得到的生物油进行气相色谱质谱联用分析,结果表明,分子筛作用下,生物油产率明显降低(最大降幅8%),含水率增加。同时,液体产物中醛类、酯类、酮类、呋喃等含氧化合物及酸含量均有所降低,提高了烃类和酚类的含量,峰面积百分比最高达到12.57%和39.36%,对催化剂催化调控改善生物油品质提供了一定的科学依据。     

活化赤泥催化热解玉米芯木质素制备高值单酚

木质素富含芳香基团,对其催化热解可制取高值单酚,然而木质素热解气组分复杂,易导致单酚收率低及催化剂快速积碳失活,不利于提高经济效益。该研究利用酸溶-碱沉淀耦合焙烧处理方法制备低成本活化赤泥催化材料,研究活化赤泥催化热解玉米芯木质素制取高值单酚化学品的影响规律,同时对玉米芯木质素及活化赤泥催化剂进行结构表征,并对活化赤泥的催化性能及应用潜能进行分析。结果表明：赤泥活化处理过程可显著改善其自身的表面形貌、孔结构和催化性能;相比于木质素常规热解,活化赤泥提升了生物油中苯酚、烷基酚等高值单酚的含量（60.38%）;与商业分子筛催化剂相比,低成本活化赤泥可高效制取单酚,且具备较好的循环使用性能,能作为商业介孔分子筛的有效补充;同时赤泥和木质素2种废弃物耦合共处理,具备潜在的经济与生态环境效益。研究成果为赤泥和木质素等固废的资源化利用提供基础参考。     

生活垃圾的微波裂解特性

为了研究生活垃圾的微波裂解特性,采用微波设备对城市生活垃圾（MSW）进行裂解处理。研究了温度对裂解产物、产气规律和气体组分的影响规律。结果表明：垃圾在微波炉内裂解时升温速率很快,微波裂解加快了垃圾完成裂解的时间。在该研究范围内当裂解温度由400℃升高到600℃时,固体产物的质量由55%减少到26%,液体产物的产生量由21.52%增加到27.83%,裂解气的质量回收率由12%升高到35%。利用气质联用设备对所得产物进行分析,裂解气主要含有H2、CO、CO2、CH4和CnHm等气体成分,随温度升高,甲烷含量逐渐增大,CnHm含量500℃最高,H2在温度低于450℃时析出量很低,550℃之后H2体积分数迅速增加。该研究结果可为垃圾的资源化利用提供参考。     

温度对竹屑热解多联产产物特性的影响

为了实现竹屑热解三态产物品质最优化,该文研究了竹屑250~950℃热解多联产的产物分布规律和演变特性,通过分析焦孔隙结构与分形维数演变规律对竹屑热解过程进行了探讨。结果表明,竹屑在较低温度下热解释放出大量的CO和CO2,同时生成乙酸、糠醛和酮类物质;450~650℃之间,木质素大量分解使得H2和CH4含量上升,液体产物中苯酚类物质含量迅速增加,并开始出现萘、茚等物质;750℃后挥发分二次反应加剧,CO相对含量升高。650℃前,生物炭比表面积与总孔容积迅速增大,平均孔径逐渐减少,表面分形维数和体积分形维数均增大;650℃后,各参数均表现出相反的变化规律。650℃竹屑热解生物焦具有较好孔隙结构,比表面积可达307.65 m2/g。根据竹屑热解多联产产物分布规律与演变特性,可同时得到具有较高品质的气、液和固三态产物,有利于实现竹屑综合高效利用,为竹屑热解多联产设备的开发与运行提供参考依据。     

微波裂解海藻快速制取生物燃油的试验

为了探索低成本的海藻生物油快速制取工艺技术,研究组已成功开发出一套海藻的选育、培养、收获、干制技术。利用自行优选、培养、收获并干制的海藻粉,基于课题组在生物质的微波裂解技术已取得的突破,采用自行研制的玉米秸秆微波裂解的相关设备,对微波裂解海藻制取生物燃油的技术进行试验研究,获得大量在自然条件下可分层的海藻生物油。采用气相色谱-质谱（GC-MS）分析了所得到的生物油产品中两相油组分,得到了生物油产品中的物质组成及其相对含量,可为海藻生物油的精制及其副产品的开发利用提供了参考。研究表明,微波裂解海藻是一种低成本、快速、高效制取海藻生物燃油的方法,为海藻生物油的规模化生产提供参考。     

金属改性生物炭基催化剂催化生物质热解制备生物基芳烃

为了提高芳烃的产率,提高生物油的品质,该研究采用金属改性的生物质来源的活性炭为催化剂,催化生物质热解二维气相重整制备芳烃,探讨了金属的种类(Al、Cu、Zn、Ni)以及金属的负载量(1％、5％、10％)对热解产品的产率以及选择性的影响,同时采用X-射线衍射仪、比表面积和孔径分布仪、化学吸附仪、扫描电子显微镜、傅里叶红外...