葡萄糖水溶液环境对麦秆水热产物特性的影响

为了研究葡萄糖对水热炭化反应过程和水热焦形成的影响,以麦秆为原料,利用高温高压反应釜,对麦秆在葡萄糖水溶液环境中的炭化反应过程和水热焦理化结构演变及液相产物主要组分浓度分布的变化进行了分析。研究发现,在反应温度220℃,停留时间120 min条件下,随着葡萄糖添加量的增加,水热焦产率和碳质量分数有所增加,而氢和氧质量分数未发生明显改变,当葡萄糖添加量为麦秆质量的0.4倍时,水热焦产率达68.56%;葡萄糖分子阻碍了麦秆中主要化学组分的分解与炭化反应,使得水热焦炭聚合物的红外吸收特征峰减弱,同时XRD衍射峰强度降低,热稳定性下降,如选择水热炭化过程水循环利用,可进行可溶性糖分离;在麦秆与葡萄糖共同水热炭化过程中,葡萄糖以分解反应为主,同未添加葡萄糖的麦秆水热炭化液相产物相比,糠醛、5-HMF和乙酸的质量浓度均有所增加,其中5-HMF增加最为显著,至葡萄糖添加量为4 g时,达20.21 g/L。     

污泥连续水热炭化工程系统研究

水热炭化可以显著改善污泥的脱水性能,促进污泥的无害化、减量化、资源化利用,但目前污泥水热炭化技术的工业化应用鲜有报道。该研究基于工程规模的污泥水热炭化系统开展研究,重点研究了系统工程设计和控制逻辑,开展了系统参数测试,分析了污泥炭、气相和水相的理化性质和组分分布,并在此基础上进行了系统能量平衡分析。结果表明,系统污泥年处理量达1.4×104 t,水热炭化后的三相产物分别为污泥炭28.57%,水相70.00%,气相1.43%,污泥脱水率达75%,综合整个生产系统,系统加热能为454.22 MJ/t,动力耗能为64.80 MJ/t,连续水热炭化工程系统能耗比为83.83%,能量回收率为66.68%,系统具有较高的能耗比。该研究可为生物废弃物连续水热炭化技术的研发和推广应用提供重要的工程依据。     

葡萄糖水热过程中焦炭结构演变特性

为了解生物质水热炭化过程中焦炭的形成机制及其理化结构的演变机理,该文以葡萄糖为原料,利用高温高压反应釜,对葡萄糖在水热环境中炭化的反应过程和焦炭的表面物理结构及微观化学组成进行了系统的分析。研究发现,葡萄糖经过水热处理,可以获得富含炭微球的无定形水热焦炭,这些炭微球粒径分布在0.6～7 μm之间,而通过控制水热过程的温度、葡萄糖添加量和停留时间,则可对其收率、形貌、化学组成等理化性质产生重要影响。在220℃,4 h,6 g/100 mL的水热条件下,炭微球粒径最小且均匀,平均粒径约为1.54 μm;在220℃,4 h,12 g/100 mL的水热条件下,焦炭收率最高为38.92%。水热焦炭中含有大量的芳香环结构和含氧官能团,具有很强的亲水性,其表面碳化程度高于内核。水热焦炭的形成主要是一系列脱水、聚合、凝结、芳香化、胶体作用的结果。研究结果为生物质水热法制备炭微球的过程控制提供参考。     

慢速热解条件下生物炭理化特性分析

生物炭可以作为优质燃料、土壤改良剂以及生物有机肥料等,不同用途的生物炭特性差异较大。为此,针对在慢速热解条件下产生的生物炭特性,如固定碳、热值、比表面积、孔隙等进行分析,得出温度是影响生物炭理化特性最重要参数,升温速率、滞留时间等对各特性也有一定影响。同时,结合目前各种类型热解设备综合比较认为:窑式热解设备适合生产质量不高、固定碳含量较高的生物炭;固定床式热解设备根据加热方式不同可以生产各种生物炭,适应范围较广;移动床式热解设备适合生产固定碳、比表面积较高的生物炭。另外,现有各设备在结构参数、自动控制方面、生物炭冷却方面还有待提高,设计出规模化、自动化的成套设备是未来的发展趋势。     

木聚糖对生物质组分水热碳化特性的影响研究

为了研究木聚糖的水热碳化特性,在间歇式反应釜中,进行反应温度为160~240℃、停留时间为120 min条件下的水热碳化实验研究,同时在220℃、120 min的反应条件下,考察了木聚糖对纤维素和木质素水热碳化过程的影响。研究发现,200℃时,木聚糖水热焦开始出现,随反应温度的升高,木聚糖水热焦产率逐渐增加,至240℃时,产率达13%;以小麦秸秆中半纤维素与纤维素和木质素混合水热碳化,木聚糖对纤维素水热焦产率影响不大,而碳质量分数从纯纤维素水热焦的42%增加至纤维素和木聚糖混合物水热焦的48%,与纯木质素水热焦相比,木聚糖和木质素混合物水热焦产率减少了23个百分点,碳质量分数变化不大;木聚糖水热焦中特征官能团随温度升高而减少,而CC、CO和芳香特征峰红外吸收逐渐增强,同时热重分析表明木聚糖水热焦热稳定性较好。傅里叶红外光谱、X射线衍射分析及热重分析表明,在水热碳化过程中,木聚糖可以促进纤维素和木质素分子结构的断裂、聚合和芳香化反应,提高水热焦的芳香特性。     

基于还田视角的人粪尿处理研究进展

人粪尿中含有丰富的有机物和N、P、K等矿质营养物质,还田利用不仅可有效降低污水处理系统污染负荷,而且可代替部分化肥,促进绿色农业的发展。然而人粪尿直接还田存在环境风险,且尚未形成标准化处理模式。本文基于还田视角,归纳总结了国内外人粪尿还田技术的应用现状,结合人粪尿的特性,阐述了人粪尿主要处理技术的还田效应以及安全性,并且对各种技术进行了安全评估和比较。结果表明,厌氧消化、好氧堆肥技术在无标准规范下处理人粪不能保证还田的安全性,制备生物炭基肥还田具有安全可靠、减少农业碳排放等环境效益,水热炭化技术处理含水率较高的人粪具有独特的优势。尿液经储存还田仍存在微污染物风险,鸟粪石沉淀技术具有很好替代潜力,其他技术均停留在微污染物去除和营养物质回收的研究阶段。本文提出了人粪尿还田面临的问题和挑战,以及未来的研究方向,以期为人粪尿还田技术的合理选择和标准化、规范化研究提供参考。     

循环经济视角下乡村旅游资源低碳化开发研究

旅游循环经济与低碳经济之间存在耦合机制,为减少碳源和增加碳汇,循环经济下的乡村旅游资源低碳化开发方法主要有梯次开发、变废为宝、资源共享、循环经济技术、生态补偿、地方性利用六种。自然环境美化、示范效应和融合发展是具体开发模式,其中,低碳型的融合模式以产业外部循环和要素内部循环为主要表现。     

田间“限氧喷雾”制备生物炭技术与炭质表征

生物炭具有改良土壤、固碳减排、吸附重金属和有机污染物等方面的有益作用,但其农业和环保应用面临着成本过高这一瓶颈问题.在田间直接将生物质转化为生物炭,可节省原材料收集与炭品运输等环节的费用,降低使用成本.可通过喷雾技术在田间限氧条件下实现生物炭的制备,其工艺如下:物料在槽内经逐层压实后,采用单向引燃、逐次喷雾的方式辅助竹柳和棉秆成炭;采用多位点引燃、逐层喷雾的方式辅助芦苇成炭.制炭期间,土槽中的侧壁开孔方管起通气和限氧作用以控制适燃,铁质密网起限氧、防尘和提供喷雾通道等作用以控制成炭.采用该技术制备的生物炭表现出了较好的同槽均质性和异槽同质性,成炭率达30%,制备得到的炭含有丰富的羧基(0.71～1.43 mol/kg)、酚羟基(0.43～1.09 mol/kg)官能团,且具有较大的比表面积(45.5～83.2 m~2/g).田间"限氧喷雾"技术为生物炭的制备提供了新的思路和技术选项,也为其农业和环保应用创造了条件.     

基于猪粪水热炭化的生物炭性能及残液成分分析

为系统研究不同炭化温度条件下猪粪水热炭化规律,本研究以猪粪和发酵猪粪为供试材料,采用水热炭化工艺在系列温度条件下（180、240℃和300℃）制备生物炭,对其元素含量、热稳定性、孔隙结构、表面官能团等理化性质进行表征,并对水热炭化残液进行成分分析。结果表明,猪粪生物炭和发酵猪粪生物炭均具有发达的孔隙结构、丰富的表面官能团等优良特性,其H/C原子比和热失重率均随炭化温度升高而减小,表明热化学稳定性随炭化温度升高而增强。水热炭化残液的成分主要包括有机酸、醇、酯、醛、吡嗪、苯酚等物质,较高炭化温度条件下残液中化合物种类更丰富。与猪粪相比,发酵猪粪水热炭化残液的成分仍然以酚、烯、酮类物质为主,但呋喃、吡啶、吡嗪类毒性化合物消失。研究表明,发酵猪粪在300℃条件下水热炭化的残液用作液态肥料的安全性更高,在资源化利用方面更具优势。