畜禽粪便资源化处理的研究进展

随着我国畜牧业规模化、集约化的快速发展,畜禽粪便对环境的污染问题日益受到人们的关注。本文综述了畜禽粪便的资源化处理和利用技术,从肥料化、饲料化和能源化的角度,分析了各种资源化技术的优缺点,其中采用热解技术处理畜禽粪便展现出较好的发展潜力,不仅具有处理效率高、周期短,可以快速杀死粪便中的致病微生物,有效降低环境负荷的特点,且低成本的畜禽粪污处理后还可以获得高附加值的生物能源。分析了采用热解技术处理畜禽粪便的研究现状及存在问题,同时对热解技术处理畜禽粪便的发展方向进行了展望。     

Effect of biochar soil-amendments on Allium porrum growth and arbuscular mycorrhizal fungus colonization

Application of biochar to soil to achieve any number of goals should also consider unintended effects upon soil biology, including symbioses such as arbuscular mycorrhizas. We conducted an experiment to examine the interaction of biochar addition and arbuscular mycorrhizal (AM) fungus inoculation upon growth and phosphorus (P) uptake by Allium porrum L. and relate these responses to physicochemical properties of the biochars. A. porrum seedlings were grown with and without Glomus intraradices Schenck & Smith, and either without biochar or in the presence of one of 12 different biochars created by pyrolysis of three biomass feedstocks. Fast pyrolysis biochars greatly reduced colonization of roots by the AM fungus. Among biochars produced by a given pyrolysis method, higher surface areas were accompanied by higher AM fungus colonization. These findings are pertinent in selecting biochars for application to agricultural soils for such purposes as inactivation of pathogenic bacteria while being mindful of potential impacts upon the AM symbiosis.     

HZSM-5分子筛催化热裂解油菜秸秆制取精制生物油

为了探究分子筛催化剂对精制生物油理化特性的影响和在线催化提质机理,HZSM-5分子筛在固定床反应器上对油菜秸秆真空热解产生的热解蒸气进行在线催化提质试验,研究了催化剂质量、催化剂硅铝比和催化温度等参数对精制油产率和理化特性的影响,并通过气相色谱-质谱联用仪对提质前后生物油的化学组成进行了分析,初步探讨了HZSM-5分子筛在线催化提质机理。研究结果表明,油菜秸秆用量约为150 g,当催化剂质量为60 g,HZSM-5硅铝比为50,催化温度为500℃时,获得的精制油具有较低的氧元素质量分数(27.97%)、较高的高位热值(30.14 MJ/kg)以及较高的氢碳比(0.121)。在该条件下,醛、酸和酮类等非理想产物质量分数分别由提质前的13.71%、11.75%和13.59%降低至3.38%、1.68%和4.48%,而低含氧量的酚类由31.99%大幅增加至65.47%,表明HZSM-5具有良好的催化提质功能。研究结果为生物质的转化利用和在线精制热解蒸气技术的发展提供可靠的试验及理论依据。     

Thermogravimetric study on the pyrolysis performance and its impactfactors of several kinds of typical industrial sludge

Thermogravimetric analysis is used to determine the pyrolysis performance of three types of industrial sludge and their mixed samples at different pyrolysis temperature,sample diameter,heating rate,pyrolysis pressure and adding different metal element compounds.At the same time,the pyrolysis mechanism equations and pyrolysis reaction parameters are obtained.The results indicate that the pyrolysis temperature,sample diameter,heating rate,pyrolysis pressure play an important role in the pyrolysis process for industrial sludge.The metals element compounds can improve the pyrolysis performance of industrial sludge.The pyrolysis reaction progression is respectively 1,1.5,and 2.0 in low,medium and high temperature segment for three types of industrial sludge,the pyrolysis character of mixed sludge isn't obviously changed.The pyrolysis characters of the industrial sludge are alike as the coal residue,the activation energy and the frequency factors are smaller at the initial pyrolysis process,they are increased with the increase of the pyrolysis temperature.The activation energy and the frequency factors are enhanced at the end of pyrolysis.     

升温速率对成型生物质热解过程的影响

【目的】研究不同升温速率下成型生物质的热解炭化规律。【方法】采用自行设计的热解试验装置,测定不同升温速率(5,7,10,15℃/min)条件下成型生物质热解过程中失重(TG)、失重速率(DTG)、工业成分(挥发分、灰分、固定碳含量)的变化及所需的活化能。【结果】通过动力学拟合,得到描述成型生物质热解过程的最合理机理函数,据此推测成型生物质热解反应机理为内扩散控制过程。当升温速率为10℃/min时,热解过程活化能最小,为195.52kJ/mol。在不同升温速率下,成型生物质热解过程中的TG曲线逐渐向高温区移动,且失重速率呈先增大后减小的趋势,在升温速率为5,7,10,15℃/min时,成型生物质的失重速率分别在322,427,448,554℃时达到最大,其值分别为0.804,0.649,0.512,0.466%/℃,可知在成型生物质热解炭化过程中,随着温度的增加失重速率呈先增大后减小的趋势,达到最大失重速率时的温度随升温速率的增大而升高,热解后成型生物质固定碳含量随着升温速率的增大而降低。【结论】较低升温速率热解有利于成型生物质热解成炭。     

碱木质素与油页岩共热解特性及动力学分析

通过油页岩与碱木质素的热解不但可以得到丰富的轻质气体,也存在着有害的含芳环结构化合物以及酚类化合物等物质,通过二者的共热解意在减小有害物质的生成,提高气产率。选取不同工况下碱木质素与油页岩进行共热解试验,并通过2种Model free动力学分析法对该混合试样进行拟合分析。结果表明:5个试样的失质量峰整体都具有相同的规律。油页岩与碱木质素的热解峰有叠加,具备协同的条件。碱木质素添加量为80%的混合试样对气产率存在抑制作用,其余混合比都使气产率增加。基于FTIR的检测,混合比对二者的共热解产量影响的研究中表明,向油页岩中添加80%的碱性木质素,可以减少芳环结构化合物与酚类化合物的生成。但对于H2O、CO、CO2、CH4的累积产量并未产生明显的影响。不同升温速率的试样中,芳环结构化合物、CO2、CH4的累积产量与升温速率和温度成正比,H2O、CO、苯酚类化合物则不同。通过2种Model free法对该试验数据进行拟合且效果较好,证明了该反应机理的复杂性。     

磷酸对微波催化裂解稻壳制备生物油性质的影响

21世纪是能源的世纪,随着科技的进步,现有的能源如石油和煤炭能源渐渐地消耗殆尽,可再生能源的开发与利用变得越来越重要。通过添加磷酸作为催化剂,研究催化剂对稻壳微波裂解制备生物油的影响。     

磷酸催化竹材炭化的FT-IR分析

通过比较分析不添加和添加磷酸的竹材在不同炭化温度的炭化固体产物的红外光谱,探讨了磷酸对竹材热解过程以及所形成的炭的微观结构变化的催化作用。结果显示：1）磷酸能显著地催化竹材的主要成分（尤其是木质素）的热分解;同时能显著地催化芳环的形成和稠合,从而促进类石墨微晶的形成;2）在磷酸的催化下,400℃前是竹材中主要化学成分的热分解和芳环的形成过程,而400℃后是芳环的形成、芳环的稠合以及类石墨微晶的形成过程;3）红外光谱是研究炭化植物纤维中半纤维素、纤维素和木质素的热解变化过程和炭化产物炭微观结构的形成和发展的有效手段。     

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。     

坚果壳类生物质慢速热解动力学分析

为研究坚果壳生物质的慢速热解动力学过程，对两类坚果壳类生物质(花生壳和葵花瓜子壳)进行了低升温速率下惰性气氛的热重分析实验。采用竞争型热解反应动力学模型描述它们的热解过程。在原有动力学机理函数的基础上，提出了一种新的经验动力学机理函数。利用现代优化技术——模式搜索法，对实验数据进行了动力学分析，结果表明：新动力学机理函数能有效描述坚果壳类生物质的慢速热解动力学过程。