本文關(guān)鍵詞：生物質(zhì)廢棄物的水熱碳化試驗(yàn)研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：化石能源的資源有限性和環(huán)境污染問(wèn)題促使人們開(kāi)始尋找清潔、廉價(jià)的可再生能源。生物質(zhì)廢棄物是地球上唯一的、可再生的有機(jī)石油的替代品。傳統(tǒng)的焚燒處理方式不僅會(huì)污染環(huán)境,還會(huì)浪費(fèi)能源。水熱碳化是一種高效的廢棄生物質(zhì)資源化技術(shù)。水熱碳化是指將生物質(zhì)廢棄物置于高溫(150-350℃)水溶液中停留一段時(shí)間,脫水脫羧形成具有明確理化性質(zhì)的固體產(chǎn)物。本文在高壓反應(yīng)釜上進(jìn)行水熱碳化試驗(yàn),具體研究?jī)?nèi)容如下：采用正交試驗(yàn)方案研究了原料組分、反應(yīng)溫度和停留時(shí)間對(duì)水熱碳化的影響。結(jié)果表明,對(duì)于碳化物產(chǎn)率、能量密度和能量產(chǎn)率而言,三種反應(yīng)參數(shù)的影響性從大到小的排序?yàn)椋涸辖M分,反應(yīng)溫度,停留時(shí)間。水熱碳化反應(yīng)后,四種反應(yīng)原料的C元素質(zhì)量百分?jǐn)?shù)增大幅度從大到小排序?yàn)榘肜w維素,木質(zhì)素,纖維素和木屑,四種反應(yīng)原料的H、O元素質(zhì)量百分?jǐn)?shù)和H/C、O/C原子比減小幅度從大到小排序皆為半纖維素,纖維素,木屑和木質(zhì)素。SEM分析結(jié)果表明,半纖維素水熱碳化反應(yīng)后會(huì)形成大量直徑為1-10μm的微球結(jié)構(gòu),纖維素碳化物表面也有微球結(jié)構(gòu),而木屑只有在適宜的反應(yīng)工況下才會(huì)形成少量微球結(jié)構(gòu),木質(zhì)素碳化物的表面則既沒(méi)有裂紋,也沒(méi)有小孔。以微晶纖維素為反應(yīng)原料,考察了反應(yīng)溫度和停留時(shí)間對(duì)纖維素水熱碳化碳分布的影響,并對(duì)碳化物的物理化學(xué)特性、微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究,以及從反應(yīng)機(jī)理角度進(jìn)行解釋。結(jié)果表明,原料中的碳大部分都保留在了碳化物中,占71%-75%,其余部分被轉(zhuǎn)移至液相和氣相。隨著溫度和時(shí)間的增大,碳化物的產(chǎn)率降低,熱值升高,O/C原子比降低。SEM顯示當(dāng)溫度達(dá)到220℃時(shí),碳化物表面開(kāi)始形成微球結(jié)構(gòu),且隨著溫度和時(shí)間的增大,微球結(jié)構(gòu)均一性、分散度越來(lái)越好。FTIR表明碳化物表面生成羥基和羰基等官能團(tuán),水熱碳化過(guò)程中會(huì)發(fā)生脫水和芳香化反應(yīng)。分別以微晶纖維素和微晶纖維素+丙烯酸為原料制備了水熱碳化物,再用KOH浸漬法進(jìn)行化學(xué)活化,隨后又以這四種水熱碳化物和活性炭材料為吸附劑,比較了對(duì)Cu2+的吸附性能。結(jié)果表明,纖維素+丙烯酸碳化物形成的微球結(jié)構(gòu)較纖維素碳化物的粒徑變小了,表面變粗糙了。纖維素和纖維素+丙烯酸活性炭表面呈多孔海綿狀,微球結(jié)構(gòu)被完全破壞了。FTIR分析結(jié)果表明加入丙烯酸可以增加碳化物中羧基等含氧官能團(tuán)的含量,而化學(xué)活化過(guò)程又在一定程度上破壞了碳化物表面的官能團(tuán)。氮?dú)馕摳降葴鼐�結(jié)果表明,纖維素和纖維素+丙烯酸碳化物基本沒(méi)有孔隙結(jié)構(gòu),纖維素和纖維素+丙烯酸活性炭孔隙結(jié)構(gòu)豐富,且以微孔為主。四種吸附劑的吸附量從大到小排序?yàn)槔w維素活性炭、纖維素+丙烯酸活性炭、纖維素碳化物、纖維素+丙烯酸碳化物,與氮?dú)馕摳降葴鼐�分析結(jié)果相一致。通過(guò)本文研究,已初步確定了原料組分、反應(yīng)溫度和停留時(shí)間對(duì)水熱碳化的影響。同時(shí),水熱碳化物的吸附性能研究也肯定了活化過(guò)程對(duì)提高其吸附性能的必要性。
【關(guān)鍵詞】：水熱碳化 碳化物 原料組分 反應(yīng)溫度 停留時(shí)間 吸附
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TK6;X70
【目錄】：

• 致謝4-5
• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 1 緒論12-25
• 1.1 生物質(zhì)及生物質(zhì)能概況12-15
• 1.1.1 生物質(zhì)及生物質(zhì)能12
• 1.1.2 生物質(zhì)基本組成12-15
• 1.2 生物質(zhì)能源轉(zhuǎn)化利用技術(shù)15-18
• 1.2.1 直接燃燒15-16
• 1.2.2 生物轉(zhuǎn)化技術(shù)16-17
• 1.2.3 生物質(zhì)熱解技術(shù)17
• 1.2.4 生物質(zhì)氣化技術(shù)17-18
• 1.2.5 生物質(zhì)液化技術(shù)18
• 1.3 水熱技術(shù)18-24
• 1.3.1 水熱氣化19
• 1.3.2 水熱液化19-20
• 1.3.3 水熱碳化20-24
• 1.4 本文研究目的、內(nèi)容24-25
• 1.4.1 研究目的24
• 1.4.2 研究?jī)?nèi)容24-25
• 2 實(shí)驗(yàn)裝置、實(shí)驗(yàn)材料及表征方法25-31
• 2.1 實(shí)驗(yàn)裝置25-27
• 2.1.1 水熱碳化反應(yīng)系統(tǒng)裝置25-26
• 2.1.2 活化反應(yīng)裝置系統(tǒng)26-27
• 2.2 實(shí)驗(yàn)原料及儀器27-29
• 2.3 表征方法29-31
• 3 原料組分對(duì)生物質(zhì)水熱碳化的影響31-42
• 3.1 引言31
• 3.2 實(shí)驗(yàn)31-32
• 3.3 結(jié)果與討論32-41
• 3.3.1 正交試驗(yàn)結(jié)果極差分析33-35
• 3.3.2 原料組分對(duì)碳化物理化性質(zhì)的影響35-41
• 3.4 本章小結(jié)41-42
• 4 過(guò)程參數(shù)對(duì)纖維素水熱碳化的影響42-51
• 4.1 引言42
• 4.2 實(shí)驗(yàn)42-43
• 4.3 結(jié)果與討論43-50
• 4.3.1 碳化物的理化特性43-45
• 4.3.2 碳分布45-46
• 4.3.3 掃描電子顯微鏡(SEM)分析46-47
• 4.3.4 傅里葉紅外光譜(FTIR)分析47-48
• 4.3.5 纖維素水熱碳化的機(jī)理分析48-50
• 4.4 本章小結(jié)50-51
• 5 纖維素水熱制備功能碳材料及其吸附性能研究51-59
• 5.1 引言51
• 5.2 實(shí)驗(yàn)51-53
• 5.2.1 水熱碳化實(shí)驗(yàn)51-52
• 5.2.2 化學(xué)活化實(shí)驗(yàn)52
• 5.2.3 靜態(tài)吸附實(shí)驗(yàn)52-53
• 5.3 結(jié)果與討論53-57
• 5.3.1 掃描電子顯微鏡(SEM)分析53-54
• 5.3.2 傅里葉紅外光譜(FTIR)分析54-55
• 5.3.3 氮?dú)馕摳降葴鼐�分析55-57
• 5.3.4 吸附實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析57
• 5.4 本章小結(jié)57-59
• 6 全文總結(jié)與展望59-62
• 6.1 全文總結(jié)59-60
• 6.2 本文主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)60-61
• 6.3 研究展望61-62
• 參考文獻(xiàn)62-70
• 作者簡(jiǎn)介70

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本文編號(hào)：314189