玉米秸秆与污泥混合热解对生物碳特性及重金属的影响

利用热解装置开展不同质量比例玉米秸秆(0,25%,50%和75%)与污泥混合热解实验,分别得到4种生物炭(SCB0,SCB25,SCB50和SCB75),研究了生物炭性质、重金属(Cu,Zn,Pb,Ni,Cr,Mn和As)含量、BCR形态和TCLP浸出毒性特征,并开展潜在生态风险评估。结果表明,随着玉米秸秆添加比例的增加,生物炭产率、灰分、H/C和N/C比显著降低,p H值显著增大,生物炭芳香化程度明显提高。添加玉米秸秆与污泥混合热解可以促进重金属向更稳定的形态(F4态)转化。4种生物碳中重金属浸出均未超出GB5085.3-2007浸出毒性鉴别标准规定的限值,生态风险均明显降低至轻微风险水平,在玉米秸秆添加量为50%时达到最低风险水平,该研究为污泥与玉米秸秆资源化和无害化利用提供了理论依据。     

蒸汽爆破玉米秸秆热解特性及其动力学分析

生物质的热解作为生物质能研究开发的前沿技术已得到较为广泛的重视。本文采用热重分析法(thermo gravimetric analysis,TGA)对蒸汽爆破预处理后玉米秸秆的热失重特性及其动力学进行了研究。试样加热速率分别为10、20、30、40、50℃/min,加热终温为800℃,采用高纯氮气作为保护气体。结果表明：蒸汽爆破预处理后玉米秸秆在同样加热速率条件下,热解过程特性显著改变,最大热分解速率提高34.57%;分别利用Coats-Redfern法和Kissinger法确定了热解动力学参数,并获得热解动力学模型;试样与原玉米秸秆相比活化能（E）降低24.13%～32.56%,指前因子（A）提高8%～10%。     

小麦和玉米秸秆热解反应与热解动力学分析

为了对生物质快速热解液化设备进行分析和计算，该文用热重、差热分析仪分别对小麦和玉米秸秆在不同升温速率下进行了热分析研究。结果表明：小麦和玉米秸秆的热解特性基本一致，热解过程可以用同一种模型描述；随升温速率的提高，热解最高速率时的温度和热解最高速率明显提高。分析了小麦和玉米秸秆热解反应过程，提出了平行一阶反应动力学模型并计算出模型中各参数，将该模型的计算结果、现有一阶反应模型的计算结果分别和试验数据进行了对比，结果表明，平行一阶反应模型的准确程度比现有一阶反应模型有很大的提高。     

玉米秸秆热解动力学分析(简报)

该文采用耐驰STA449同步热分析仪,研究了玉米秸秆在升温速率为5、10、15、20、30 K/min,反应终止温度1273K的热分解反应,结果表明玉米秸秆热解过程可分为失水预热解、热解和碳化3个阶段,随着升温速率增加,反应的特征温度和最大失重速率增加,差示扫描（DSC）曲线整体向下倾斜,升温速率过大时,出现失水滞后现象。分别用FWO法、FRL法和Kissinger法对玉米秸秆热解进行了动力学计算,其热解活化能为（161±23）kJ/mol,通过Malek法确定了玉米秸秆热解满足J-M-A方程,反应机理为随机成核随后生长,确定了反应级数n和指前因子对数lgA的范围,并利用Matlab软件对实验数据进行拟合,验证了机理的正确性,并确定了玉米秸秆热解反应的动力学参数。该文结果对工程应用有指导意义。     

核桃壳热解特性及动力学分析

利用热重分析技术对核桃壳在高纯N2条件下的热解进行了分析,研究不同升温速率（5、10、20和40 K/min）对热解过程的影响,探讨了热解机理。研究表明,核桃壳非等温热解过程可分为失水干燥、快速热解和缓慢分解3个阶段,其中第二阶段是整个过程的主要部分,析出大量挥发分造成明显失重,随着升温速率的增加,最大热解速度提高,对应的峰值温度升高,差热热重分析（DTG）曲线肩峰中侧峰有所弱化,热滞后现象加重,热解各阶段向高温侧移动。快速热解阶段热解机理满足三维扩散Jander方程。不同升温速率下的活化能变化为102.28～117.73 kJ/mol,指前因子变化为4.13×10⁶～2.42×10⁸ min^-1。     

棉秆不同组分热解特性及动力学

该文采用耐驰STA449C热重分析仪,氮气气氛下,终止温度为600℃,升温速率为5、10、20、30℃/min,对棉秆、棉皮、木质、棉芯的热解特性进行了研究。TG-DTG曲线反映了4种物质具有相似的热解规律,热解过程分为4个阶段：失水,预热,主热解、炭化。棉皮在棉秆结构成分中灰分含量最高,造成其热解残留物较多。木质、棉芯成分中挥发分较多,其最大失重速率较大。通过积分法Stava和微分法Achar两种方法求解了机理函数,研究表明在转化率α=10%～80%过程中,4种物质的活化能较稳定,棉皮活化能值较高。4种物质最可能机理属于随机成核和随后生长机理,但反应级数存在差异。该研究对棉秆再利用及生物质热解装置的正确设计以及工艺参数优化具有重要的指导意义。     

食用菌菌糠的热解特性及动力学分析

为考察食用菌菌糠的热解特性和机理,该研究采用热重和热重-红外联用对香菇菌糠在氮气气氛下的热解特性进行研究,考察不同升温速率下菌糠的热重(TG)曲线和微分热重(DTG)曲线的变化规律,并对DTG曲线进行分峰分析,通过计算得到香菇菌糠热分解的反应活化能E、反应级数n及频率因子A,以及热解产物析出特性;在固定床上开展了香菇菌糠的定温热解试验,试验温度分别为500、550、600 ℃,并对三相产物产率和成分组成等进行了分析。结果表明：香菇菌糠热解可以分为3个阶段,水分析出段,热解段和炭化段,其中主要热解阶段为250～550 ℃,失质量率达到58%;升温速率对香菇菌糠热解影响不明显,但是随着升温速率的增大,试样的TG和DTG曲线向高温区移动;菌糠热解的表观活化能为66.33 kJ/mol,较低的表观活化能表明菌糠更容易发生热解。固定床定温热解结果表明菌糠热解气的主要成分为CO2、CO、CH4、H2,4种气体成分含量由高到低为：CO2、CO、CH4、H2;随着热解温度的升高,菌糠热解所得生物油成分以CxHyOz为主,表明菌糠热解生成的生物油具有一定的潜在利用价值;香菇菌糠热解半焦的主要成分是固定碳,相较于原料,挥发分的占比大幅度减少。     

钠盐对玉米秸秆热解气生成规律影响及反应动力学分析

东北地区主要的农业废弃物玉米秸秆焚烧严重,造成环境污染,其合理消纳是亟需解决的问题。基于此,该文利用微型流化床与过程质谱联用仪研究在床温分别为550、600、650、700及750 ℃添加Na2CO3和NaCl的玉米秸秆热解气相产物（CO、CO2、CH4、H2）的析出特性,并采用等温模型拟合法计算了单组分气体产物生成反应的动力学参数。结果表明：随着温度的升高,4种热解气体产物的释放强度均有所增大,其中CO的变化程度最大。同时,添加钠盐后,各种气体释放起始时间差逐渐减小,说明钠盐促进了热解反应的进行。其中,添加Na2CO3后热解产生的CO、CO2和CH4的速率明显变快,表明其对含炭气相组分的生成具有明显促进作用。而添加NaCl后H2的生成速率明显加快,说明NaCl对H2生成具有选择性催化作用。此外,秸秆热解中不同气相产物生成反应活化能的计算结果也证实了上述结论。该文通过热解制备可燃气的方式以期为玉米秸秆的处理提供参考。     

玉米秸秆热解生物油特性的研究

基于为生物油开发利用提供基础数据的目的,在等离子体流化床热解实验台上利用粉碎的玉米秸制取生物油,并对生物油的物理化学特性进行了分析研究。生物油的最高得油率为37%,显酸性,密度在1100～1200 kg/m³之间;动力粘度的总体趋势是随温度的升高而降低;灰分百分含量小于0.1%。同时使用色质联用仪(GC-MS)对生物油进行了组分分析,生物油的主要成分有乙酸、羟基丙酮、水、乙醛、呋喃等。高含水量和含氧量使得生物油热值低,容易发生反应,需要对生物油进行进一步的分析和改性才能用于高端技术。     

热解温度对回转窑玉米秸秆热解产物理化特性的影响

针对北方农业秸秆废弃物产量巨大且无法全部还田导致丢弃和露天焚烧现象激增等问题,该文通过搭建小型回转窑生物质热解装置考察不同热解温度下秸秆热解特性,分析主要产物的产率、元素组成等理化特性指标。结果表明:回转窑内热解温度的增加提高了热解液相产物产率和热解水产率,焦油产率呈先增加后降低趋势。与此同时,热解气总体积逐渐增加,H2含量和CH4含量也有所提高,生物炭产率和热值有所降低。当热解温度从400℃增加至700℃时,焦油产率从12.21%增加至21.70%;当温度进一步增加至800℃时,焦油产率降低至20.13%;相应的焦油热值从400℃时的19 974.0 kJ/kg逐渐增加到800℃时的21 710.0 kJ/kg。高热解温度加快热解过程中的热传递,加剧生物质大分子所含的羟基、羰基等含氧官能团的分解并促进挥发物的产生,进而提高了热解液体产物、热解水和焦油产率。过高的加热温度会加剧挥发分的二次反应,降低焦油产率;更多的含氧杂环结构会随着热解温度提高逐渐分解,因而焦油热值逐渐增加。生物炭产率随着温度增加逐渐降低,生物炭pH值和C/N比均逐渐增加,在兼顾生物炭产率和应用于炭基肥制备所需理化性质的同时需充分考虑热解温度影响。     

Mg2+作用下水稻秸秆热裂解特性及动力学模拟

为研究Mg2+对水稻秸秆热裂解特性及动力学的影响,分别将MgO、MgCl2、KCl、NaCl、MgCl2-KCl、MgCl2-NaCl、KCl-MgCl2-NaCl与水稻秸秆按0.3∶1的质量比进行干混,并分别在10、30和50℃/min的升温速率下进行了非等温热裂解试验。试验结果表明：NaCl和KCl作用下的水稻秸秆热裂解只存在一个质量损失峰,Mg2+盐作用下水稻秸秆热裂解均出现肩状峰;水稻秸秆在MgCl2作用下的热裂解残留量最低,为11%;二元和三元盐降低了挥发分的初始析出温度,对裂解促进作用明显;Mg2+盐作用下水稻秸秆热裂解特性综合指数均大于纯水稻秸秆的综合指数,混合盐增大效应更显著;模拟所得模型的第一步反应多属于符合Jander方程的三维扩散反应,第二步反应为n阶反应;3种熔盐体系对水稻秸秆热裂解的作用大小依次为：三元盐>二元盐>一元盐;两步反应模型能较好地描述熔盐作用下的水稻秸秆热裂解反应。该研究为熔盐热裂解生物质制生物油的研究提供了参考。     

降解地膜的热解特性及热动力学研究

Developing degradable films is an important means for resolving the problem of film pollution; however, in recent years, there have been only few studies related to the thermal analysis of degradable plastic films. This research detailed the composition and pyrolysis of one kind of ordinary and three kinds of degradable plastic films using the differential thermal analysis （DTA） technique. The results showed that degradable films and ordinary film had similar DTA curves, which reflected their similar compositions; however, small differences were measured, which were due to the added constituents of the degradable films. The pyrolysis reaction orders of each film were about 0.93. The pyrolysis activation energies and pre-exponential factors followed the order of ordinary film 〉 photodegradable film 〉 photodegradable calcium carbonate film 〉 biodegradable film. The results of this research laid the foundation for new theories for harnessing soil pollution caused by plastic films.     

玉米芯半焦CO2等温气化特性及动力学

为研究玉米芯半焦在CO2气氛中的气化特性,采用等温热重法考察了5、40、100℃/min热解升温速率和800～1 000℃反应温度对气化反应活性影响的程度。结果表明,随着热解升温速率的提高,半焦气化的总反应速率有所提高,完成反应所需要的时间相应减少。反应温度对整个气化过程有着重要的影响。随着温度的升高,反应速率明显加快,反应时间显著缩短。通过扫描电镜观察了不同热解升温速率下半焦的表面形态,表明热解升温速率越高,半焦表面的孔径越大,孔结构越发达。对比分析可知,反应温度比热解升温速率对气化过程有着更加重要的影     

中国玉米秸秆草谷比及其资源时空分布特征

针对玉米秸秆资源量及时空区域分布不清等问题,该研究分析9个典型省的玉米秸秆草谷比差异性,并基于草谷比实测值,评价近10a中国玉米秸秆资源量的时空变化情况,预测玉米秸秆的资源潜力。研究结果表明,玉米秸秆草谷比实测值为(0.84±0.23),不同地区、不同品种草谷比差异显著,随着年份变化,玉米品种和种植方式在不断变化,草谷比逐年变小,从2009年1.2减小到2018年的0.84,估算2018年全国玉米秸秆理论资源量为2.16×10⁸ t,比2009年仅增加3.9%。玉米秸秆东北和华北地区资源量最高,占50%以上,与2009年相比,东北、华北、西北地区资源量有所增加,华东、华中、西南、华南略有下降;单位面积玉米秸秆可收集资源量4.51t/hm²,比2009年增加23%,东北地区最高,其次华北、华东和西北地区,然后是华中和西南地区,华南地区最低。预测2025年玉米秸秆的理论资源量为(2.53±0.58)×10⁸ t,可收集资源量为(1.86±0.51)×10⁸ t。研究为全国各个地区的秸秆合理规划利用提供基...     

河道淤泥和堆肥蛭石混合发酵制备基质及其育苗效果

农村河道清淤产生的淤泥,体量大、有机物浓度高,处置不当会造成二次污染。现代农业的工厂化育苗需求大量的营养土,就地取土导致耕地退化。该研究利用功能微生物发酵淤泥制备育苗基质,研究不同菌株发酵基质的物理和生物学性状,基质培育西瓜苗的生长、生理参数和抗逆性能。结果表明:微生物处理均能够提升淤泥基质物理和生物学性能,同时能够提升育苗质量。其中Trichoderma harzianum T83(T83)、Bacillus amyloliquefaciens IAE(BIAE)菌株发酵基质性能最好。相较于对照处理基质的最大持水量、总孔隙度、毛管孔隙度、通气孔隙度,T83处理分别增加了64.25%、52.65%、45.05%、56.11%;BIAE处理分别增加了101.17%、45.43%、61.43%、38.14%。相较于对照处理西瓜苗的株高、鲜质量、干质量、叶绿素含量、根系活力、根际真菌、细菌数量,T83处理分别增加了66.85%、52.07%、72.16%、43.13%、54.93%、110.62倍、1.63倍;BIAE处理分别增加了80.40%、57.34%、82.37%、54.88%、46.40%、67.26%、2.60倍、2.94倍。T83和BIAE处理西瓜苗叶片过氧化氢酶和超氧化物歧化酶酶活显著增加,根系丙二醛含量显著降低。真菌菌株T. harzianum T83和细菌菌株B. amyloliquefaciens IAE发酵淤泥,能够显著提升其农用品质,为淤泥高附加值化农用提供一条可行的途径。     

乌拉草纤维热解及其产物挥发性有机物特性分析

为探究乌拉草纤维的热解性能及其在热解过程中挥发性有机物释放情况,基于傅里叶红外光谱仪及同步热分析质谱联用系统对乌拉草纤维及汉麻纤维的主要化学成分进行分析,探究其热分解过程,采用Coats-Redfern法进行热动力学计算,并对其热分解过程中挥发性有机物释放进行检测。研究结果发现,乌拉草纤维与汉麻纤维主要成分相似,以纤维素、半纤维素、木质素为主。其热分解过程可依次分为水分挥发失重、半纤维素热解、纤维素及木质素热解3个主要阶段,并可用半纤维素热解、纤维素热解、木质素热解3个独立的一级反应描述,纤维素与木质素热解阶段反应活化能较高,热解过程与汉麻纤维热分解过程相似。在乌拉草纤维热解过程中,除H2O、CO2气体释放以外,同时释放少量甲醛等挥发性有机物。研究结果为乌拉草纤维实际应用中阻燃及环保问题的考虑提供参考。