為了解秸稈微波水熱碳化過程中產(chǎn)物形成機(jī)制及其理化結(jié)構(gòu)演變規(guī)律,該文采用控制變量法進(jìn)行了單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì),研究了水熱溫度、停留時(shí)間、催化劑和原料種類對(duì)秸稈微波水熱產(chǎn)物組成和結(jié)構(gòu)特性的影響。結(jié)果表明,隨著水熱溫度升高和停留時(shí)間延長(zhǎng),液相產(chǎn)物的pH值先降低后增加,最低值為3.13,電導(dǎo)率和PO₄^3-–P質(zhì)量濃度先增加后下降,最大值分別為9.38 mS/cm和308 mg/L,NH₄⁺–N質(zhì)量濃度增加,260℃最大值為155 mg/L,而水熱焦的產(chǎn)率、H/C和O/C下降,固定碳、C、高位熱值增加。高溫和長(zhǎng)停留時(shí)間使水熱焦生成較多納米碳微球結(jié)構(gòu),且使其O-H鍵先增多后減少。高溫和K₂CO₃使水熱焦的芳香烴結(jié)構(gòu)和C=O、C–O含氧官能團(tuán)增強(qiáng),而長(zhǎng)停留時(shí)間使其先增強(qiáng)后減弱。高溫和長(zhǎng)停留時(shí)間使水熱焦的比表面積、孔體積和孔徑均先增加后降低,而K₂CO₃使水熱焦的納米碳微球和比表面積增加,最大比表面積為10.975 9 m^2... 

【文章來源】：農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào). 2019,35(10)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：9 頁

【部分圖文】：

水熱溫度對(duì)不同秸稈液相產(chǎn)物酸堿度和組分的影響Fig.2EffectsofhydrothermaltemperatureonpHvalueandcompositionsofliquidproductsfromcropresidues注：水熱停留時(shí)間為60min；無催化劑

農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)（http://www.tcsae.org）2019年210圖4不同水熱條件對(duì)秸稈微波水熱焦紅外光譜的影響Fig.4EffectsofdifferenthydrothermalconditionsonFTIRofmicrowave-assistedhydrothermalcokesfromcropresidue2.5不同秸稈水熱焦的掃描電鏡分析不同秸稈水熱焦的SEM掃描電鏡圖如圖5所示。隨著水熱溫度升高和停留時(shí)間延長(zhǎng)，玉米稈水熱焦的破碎程度越來越嚴(yán)重，高溫和長(zhǎng)停留時(shí)間使玉米稈水熱焦表面和內(nèi)部呈現(xiàn)出較多納米碳微球結(jié)構(gòu)，孔隙結(jié)構(gòu)豐富（圖5a、5b、5c、5e和5f）。主要是由于溫度越高，水熱反應(yīng)越劇烈，時(shí)間越長(zhǎng)，水熱反應(yīng)越徹底，高溫和長(zhǎng)停留時(shí)間促進(jìn)可溶性碳水化合物從纖維骨架中溶解析出，利于秸稈中纖維素、半纖維素發(fā)生解聚、脫水和碳化反應(yīng)，使孔隙結(jié)構(gòu)增加，形成納米碳微球結(jié)構(gòu)[27]。堿性催化劑K2CO3的加入容易破壞秸稈的木質(zhì)纖維骨架，促使玉米稈水熱焦生成更多的納米碳微球結(jié)構(gòu)，破碎也更嚴(yán)重，形成更多孔隙（圖5b、5g和5h）。不同種類秸稈相比，棉稈水熱焦在240℃時(shí)破碎嚴(yán)重，孔隙增多，而未見納米碳微球結(jié)構(gòu)（圖5j），可能是由于棉稈木質(zhì)纖維含量豐富，有利于水熱焦產(chǎn)率增加，但不利于納米碳微球結(jié)構(gòu)的生成[27]。玉米稈、水稻稈和油菜稈水熱焦在240℃時(shí)生成了很多大小不一的納米碳微球結(jié)構(gòu)，且表面光滑（圖5b、5d和5i）�？赡苁怯捎谟衩锥�、水稻稈和油菜稈的纖維素、半纖維素和可溶性糖相對(duì)較多[15]，因此高溫下制備的玉米稈、水稻稈和油菜稈水熱焦納米碳微球結(jié)構(gòu)明顯突出，同時(shí)由于其表面含有大量的含氧官能團(tuán)（圖4c），易與其他分子、離子及官能團(tuán)結(jié)合形成新型功能碳材料，可作為制備多孔材料和新型碳基納米材料的?

農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)（http://www.tcsae.org）2019年210圖4不同水熱條件對(duì)秸稈微波水熱焦紅外光譜的影響Fig.4EffectsofdifferenthydrothermalconditionsonFTIRofmicrowave-assistedhydrothermalcokesfromcropresidue2.5不同秸稈水熱焦的掃描電鏡分析不同秸稈水熱焦的SEM掃描電鏡圖如圖5所示。隨著水熱溫度升高和停留時(shí)間延長(zhǎng)，玉米稈水熱焦的破碎程度越來越嚴(yán)重，高溫和長(zhǎng)停留時(shí)間使玉米稈水熱焦表面和內(nèi)部呈現(xiàn)出較多納米碳微球結(jié)構(gòu)，孔隙結(jié)構(gòu)豐富（圖5a、5b、5c、5e和5f）。主要是由于溫度越高，水熱反應(yīng)越劇烈，時(shí)間越長(zhǎng)，水熱反應(yīng)越徹底，高溫和長(zhǎng)停留時(shí)間促進(jìn)可溶性碳水化合物從纖維骨架中溶解析出，利于秸稈中纖維素、半纖維素發(fā)生解聚、脫水和碳化反應(yīng)，使孔隙結(jié)構(gòu)增加，形成納米碳微球結(jié)構(gòu)[27]。堿性催化劑K2CO3的加入容易破壞秸稈的木質(zhì)纖維骨架，促使玉米稈水熱焦生成更多的納米碳微球結(jié)構(gòu)，破碎也更嚴(yán)重，形成更多孔隙（圖5b、5g和5h）。不同種類秸稈相比，棉稈水熱焦在240℃時(shí)破碎嚴(yán)重，孔隙增多，而未見納米碳微球結(jié)構(gòu)（圖5j），可能是由于棉稈木質(zhì)纖維含量豐富，有利于水熱焦產(chǎn)率增加，但不利于納米碳微球結(jié)構(gòu)的生成[27]。玉米稈、水稻稈和油菜稈水熱焦在240℃時(shí)生成了很多大小不一的納米碳微球結(jié)構(gòu)，且表面光滑（圖5b、5d和5i）�？赡苁怯捎谟衩锥�、水稻稈和油菜稈的纖維素、半纖維素和可溶性糖相對(duì)較多[15]，因此高溫下制備的玉米稈、水稻稈和油菜稈水熱焦納米碳微球結(jié)構(gòu)明顯突出，同時(shí)由于其表面含有大量的含氧官能團(tuán)（圖4c），易與其他分子、離子及官能團(tuán)結(jié)合形成新型功能碳材料，可作為制備多孔材料和新型碳基納米材料的?

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]碳化溫度對(duì)畜禽糞便水熱炭燃燒特性的影響[J]. 周思邈,韓魯佳,楊增玲,馬秋林.  農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào). 2017(23)
[2]水熱炭化溫度和時(shí)間對(duì)雞糞生物質(zhì)炭性質(zhì)的影響[J]. 張進(jìn)紅,林啟美,趙小蓉,李貴桐.  農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào). 2015(24)

博士論文
[1]催化劑對(duì)炭化反應(yīng)產(chǎn)物性質(zhì)的影響[D]. 梁豐.中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué) 2014

碩士論文
[1]玉米芯和松子殼的水熱碳化及其產(chǎn)物吸附性能研究[D]. 喬娜.大連理工大學(xué) 2015



本文編號(hào)：3386688