预增压对稻秸水热炭化的影响

[目的]为降低水热炭化的能耗及反应时间,设计开发预增压水热炭化工艺。[方法]以稻草为原料,通过FT-IR、XRD、BET等表征及对亚甲基蓝的吸附性能分析,研究增压介质和压力对水热炭化升温耗时、耗电以及对生物炭的影响规律。[结果]预增压后总升温时间最大可缩短63.917%,升温速率提高2.772倍,电加热效率提高1.657倍;水热反应体系的压力增加对炭产物表面官能团组成、产物晶相结构、表面积和吸附性能无显著影响,但可加快水热炭化进程,反应体系压力增加提高了体系中的底物浓度,从而使暴发聚合反应的饱和浓度提前出现;氦气比空气介质更有利于缩短水热反应周期,但节能效率及炭产物表面OH类官能团含量略低,可能与介质中氧浓度有关。所制炭对亚甲基蓝的吸附等温曲线符合Freundlich模型,样品的1/n在0.5~1.0,表现为优惠型吸附。[结论]该研究可为开发预增压水热炭化工艺提供科学依据。     

稻秸水热炭化的多轮沉积反应

以稻草为原料,通过FT-IR(傅里叶变换-红外光谱)、XRD(X射线衍射)、元素分析等研究225~300 ℃温度条件下稻草水热炭化过程。结果表明,40 min以内为稻秸主要的失重阶段,伴随可溶性化合物的大量溶出和半纤维素的破坏,炭产物中C含量升高,表面OH、C-O-C官能团的IR吸收峰强度在短时增加后逐渐降低。在随后的反应中,水热炭的产率、表面主要官能团IR吸收峰强度及O/C随着反应进程呈现周期性的起伏变化,说明稻秸水热炭化具有多轮沉积反应的特点,即在发生聚合、芳构化反应的同时通常会伴随新一轮水解、裂解反应的发生,产生足够的可溶性底物时,又诱发新一轮的聚合沉积反应。整个反应过程中,较高的反应温度有利于加快水热炭化进程,但会导致炭产物产率降低和表面含氧官能团不同程度的损失。