【摘要】：碳質(zhì)還原劑是工業(yè)硅生產(chǎn)中必不可少的原料,長期以來木炭都是用于工業(yè)硅冶煉最理想的還原劑。但木炭的獲取是以消耗并不富裕的森林資源為代價的,而且木炭價格越來越高,嚴重影響了工業(yè)硅企業(yè)的經(jīng)濟效益。鑒于此,本文以儲量豐富、生長周期短、可再生的農(nóng)林生物質(zhì)(甘蔗渣、核桃殼、松子殼、玉米芯)為原料,利用熱解法制備生物質(zhì)炭還原劑,進行了如下幾個方面的研究。首先,利用熱解法制備了生物質(zhì)炭還原劑,探究了熱解工序?qū)λ姆N生物質(zhì)炭的產(chǎn)率、固定碳、揮發(fā)分和灰分含量以及電阻率的影響。同時,選擇松木為對比原料,對其進行熱解制備木炭(松木炭)。對不同溫度段下制備的生物質(zhì)炭電阻率變化規(guī)律、灰分中雜質(zhì)含量、孔結(jié)構(gòu)等進行研究,并與木炭的性能進行對比。實驗結(jié)果表明,熱解溫度對生物質(zhì)炭電阻率有顯著的影響,700℃以前電阻率下降緩慢,700℃～1000℃內(nèi)電阻率迅速下降,之后隨著熱解溫度升高而緩慢下降并趨于平坦。其次,利用熱重分析對生物質(zhì)熱解動力學(xué)進行研究,研究發(fā)現(xiàn)生物質(zhì)原料熱解過程的失重速率呈現(xiàn)先增加后減小的的趨勢。在233～353℃的熱解溫度范圍內(nèi),平均升溫速率10、20、30℃/min對應(yīng)的表觀活化能分別為68.15、68.62、80.83kJ/mol。在353～533℃的熱解溫度范圍內(nèi),三個升溫速率對應(yīng)的表觀活化能分別為37.25、38.82、12.10kJ/mol。機理函數(shù)f(α)=(1-α)1.5較好的符合兩個溫度段下生物質(zhì)的熱解過程。最后,利用FT-IR和XRD等技術(shù)對生物質(zhì)炭電阻率變化機理進行研究,結(jié)果表明隨著熱解溫度的升高,生物質(zhì)炭內(nèi)部的羰基和脂肪族官能團被破壞,生物質(zhì)炭內(nèi)部分子結(jié)構(gòu)發(fā)生重排,(002)和(100)峰逐漸變得尖銳,炭內(nèi)部的兩個晶格之間的夾層間距(d002)逐漸減小,結(jié)晶程度、芳構(gòu)化程度和有序化程度增強,從而導(dǎo)致生物質(zhì)炭電阻率的減小。SEM表征表明生物質(zhì)炭具有發(fā)達的孔洞結(jié)構(gòu),生物質(zhì)炭表面隨熱解溫度升高出現(xiàn)了明顯的燒蝕現(xiàn)象,高溫使生物質(zhì)炭表面孔隙遭受了一定程度的破壞�；诠I(yè)分析和各項性能綜合對比得出,四種生物質(zhì)炭適合用做工業(yè)硅還原劑的優(yōu)先順序為：松子殼炭核桃殼炭玉米芯炭甘蔗渣炭。生物質(zhì)炭具有發(fā)達的孔洞結(jié)構(gòu)和較高的比表面積,500～700℃C熱解溫度段下獲取的生物質(zhì)炭平均產(chǎn)率24%、平均電阻率5600μΩ·m、固定碳80%、熱值30MJ/kg、揮發(fā)分適中、灰分低,部分指標接近或優(yōu)于木炭,有望用作還原劑替代木炭冶煉工業(yè)硅。
【學(xué)位授予單位】：昆明理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TK6

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