生物质热解炭的高值化利用研究

发布时间：2020-05-14 13:58

【摘要】：针对我国“贫油”的能源现状,大力发展生物质的快速/闪速热裂解液化技术是必然趋势,而将其副产物热解炭也充分利用起来,对于提升生物质资源的整体利用效率和环境可持续性将具有重要意义。因此,本文对生物质热解炭高值化利用的相关手段进行了研究。首先探究了热解炭的新型高值化转变利用手段。以热解稻壳炭为原料,采用不需单独分离硅的链式法,简易高效地获得了比表面积达到782 m~2/g的纯生物质基介孔材料(Bio-MCM-41)。同时将所得炭残渣未经任何处理直接活化制备了微孔与介孔并存,且比表面积也达到442 m~2/g的活性炭。乙酸甲酯加氢制取乙醇的探测反应结果表明,以Bio-MCM-41为载体的Cu/Bio-MCM-41催化剂在最佳条件下(513K,2MPa,n(H_2)/n(MA)=60,LHSV=0.8h~(-1))的乙酸甲酯转化率达到了91.5%,目标产物乙醇的选择性达到了96.4%,达到了与商业介孔MCM-41为载体的铜基催化剂相当甚至更优的催化效果。随后采用氮掺杂手段对热解炭本身结构和表面性质进行提质改性。这部分首先采用外加氮源及活化剂共热解的手段对热解炭的孔结构进行扩充的同时对其表面进行掺氮改性。以樟子松粉末为原料,尿素为氮源,NaHCO_3为活化剂,采用同时掺氮和活化的原位热解工艺,在不同温度下制备了具有高氮含量及调变孔结构的氮掺杂热解炭。并以其为载体制备了一系列Ru基氮掺杂热解炭催化剂。CO_2甲烷化的探测反应实验结果表明,在载体中引入氮原子可以提高CO_2甲烷化反应的催化活性,特别是随着吡啶型-N含量的增加,催化剂的性能得到了一定程度的提高。实验中具有最高吡啶型-N含量(37.7%)的Ru/N-ABC-600催化剂,在较低温度(380°C)下即达到了最佳催化活性,此时的CO_2转化率为93.8%,CH_4选择性为85.2%。然后以高氮含量生物质为原料制备了表面和内部结构都均匀掺氮的富氮炭材料。将高含氮微藻同时作为碳源和氮源,以弱碱性钠盐NaHCO_3为绿色活化剂,采用简易的一步活化法制备了海绵状富氮炭材料。并研究了不同活化温度下所制备的富氮炭材料作为电极时的超级电容性能。结果表明,700℃活化时得到的海绵状富氮炭在具有较大比表面积865m~2/g的同时,仍能够保持7.5 wt%的高含氮量,且其在电流密度1 A/g的6M KOH电解液中的比电容达到234.0 F/g。
【图文】：

能源消费,世界能源,消费总量,统计年鉴

大学硕士学位论文绪绪论1 生物质能源概述能源作为全球经济发展的命脉，一直是人们普遍关注的热点话题。2018 年的《BP能源统计年鉴》表明，2017 年全球一次能源消耗总量超过 135 亿吨油当量，，其中传石燃料（煤、石油和天然气）的占比高达 85.2%。近年来，虽然我国的能源结构持续，但煤炭仍是能源消费中的主要燃料，2017 年其占比约为 61%（如图 1.1 所示）[1]。燃料的过度使用带来了全球性的“能源危机”，由此所造成的环境污染问题也日益严峻煤发电产生的污染物主要为氮氧化物（NOx）、硫氧化物（主要为 SO2）以及固态颗粒主要为 PM10 和 PM2.5），同时也加剧了导致全球性气候异常的温室气体 CO2的排放此，必然需要大力发展环境友好的可再生能源。

路线图,生物质能源,主要技术,路线

大学硕士学位论文替代化石能源总量约 5800 万吨标准煤[5]。但这与我国的生物质资源总储量相比微小。因此，未来的生物质能源将具有极其广阔的发展空间。生物质能源化主要技术目前，生物质的能源化转化技术大体上可分为生物法和物理化学法两大类（如图）。
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TK6

【相似文献】