玉米秸秆含氧烘焙制备生物质炭结构演化及吸附性能研究
发布时间：2020-10-13 03:18
烘焙是一种具有应用潜力的热化学预处理方法,可用来提升生物质的能量密度。含氧烘焙能够加速生物质有机组分的降解进而形成复杂的孔隙结构,对染料废水和铅、镉,汞等重金属离子有很强的吸附能力。本文对玉米秸秆颗粒烘焙所得固体产物进行了详细的检测,通过工业分析、元素分析、氮吸附脱附实验、扫描电镜(SEM)、傅里叶红外光谱(FTIR)测定实验和亚甲基蓝吸附实验对比分析了反应温度、反应气氛和原料含水率对烘焙产物物化特性的影响,通过烘焙炭对亚甲基蓝溶液吸附性能测试及相应吸附动力学参数计算,为优化秸秆炭吸附性能,提供可靠实验数据和基础理论指导。首先,对实验原料玉米秸秆制样并进行相关物化特性测试。利用热重实验及相关标定方法获得玉米秸秆样品的着火点,采用在工业分析仪、元素分析仪及氧弹热量仪测定玉米秸秆烘焙前后样品的组成成分。进而对比分析了不同操作条件(温度、气氛和样品含水率)对烘焙产物组分、质量产率、能量产率和热值的影响。研究表明氮气气氛下,提高烘焙温度使玉米秸秆烘焙炭中H/C和O/C比率下降,质量产率、能量产率相应减少,但热值明显增大。空气气氛下质量产率、能量产率和热值均减小。其次,对烘焙炭微观几何形态及官能团分布进行了表征。采用氮吸附脱附测试、扫描电镜(SEM)成像和傅里叶红外光谱(FTIR)分析等表征方法从微观角度对烘焙炭的孔径分布及官能团演化过程进行了详细研究。根据所得实验数据探讨了烘焙过程中的温度、气氛和含水率对固体产物的比表面积、孔容积、孔径分布影响,并采用分形维数方法进行了一致性分析。分析结果表明氮气气氛下烘焙产物的孔隙率较低,比表面积和孔容积较小。由于空气气氛条件下氧气的存在加速了有机组分的分解,促进了烘焙产物孔隙结构的发育,与氮气气氛下所得烘焙炭相比,同温所制备烘焙炭比表面积和孔容积显著增加;玉米秸秆内的含水率高在一定程度上促进孔隙的发展,比表面积增加,小孔径孔隙增加。除此之外,由红外光谱可知空气气氛下烘焙的产物含有丰富的含氧官能团,如羧基、羟基,内酯基等。最后,开展了烘焙炭亚甲基蓝吸附性能测试及吸附动力学分析。考察了烘焙温度、原样含水率和烘焙气氛对产物吸附亚甲基蓝性能的影响。实验结果表明随着孔容及比表面积的增加的吸附量显著增加;提高烘焙温度亦能提高吸附能力,含水原样能够促进产物对亚甲基蓝的吸附。因此,以空气烘焙产物作为研究对象,探究了亚甲基蓝吸附过程及其吸附动力学。研究表明烘焙固体产物的亚甲基蓝吸附过程动力学更符合准二级动力学方程,吸附过程的活化能值为7.65、18.21和7.21 KJ/mol。吸附过程中既存在物理吸附,又有化学吸附,且以物理吸附为主导。由吉布斯自由能可知吸附过程可自发的进行。
【学位单位】：东北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TK6;X505
【部分图文】：
图 1-1 生物质利用技术主要方法烧是一种利用率较低的生物质利用方式。生物质与煤混燃技术是一种较用技术，不仅可减少煤的消耗，而且降低了 NOx和 SO2的排放[12]。然而率高、破碎耗能高、热值低、不易存储，与煤混合燃烧对电站燃煤锅炉物质热解技术是在缺氧或无氧情况下的提高生物质能利用效率和减少环。快速热裂解技术是在快速升温至裂解温度和较短的停留时间条件下，的生物油和固态的生物质炭的过程。作为一种新型的生物质利用方式，势，如生物质油拥有能量密度大，易于存储和运输等优点[13]；热解产生富碳材料，具有较为复杂的孔隙结构和丰富的表面含氧官能团、较大的化学稳定性和较强的阳离子交换能力，在污水治理、烟气净化、土壤修、燃料电池等领域具有巨大应用前景[14]。生物质炭的比表面积虽然仅为面积的百分之一，但其对重金属[15]和印染废水[16]的吸附量与商业活性炭物质炭活化处理后可以极大地增加表面积和含氧官能团，增强了生物质
东北电力大学工学硕士学位论文第 2 章 实验设计及分析检测方法秸秆收集与预处理取玉米秸秆（取自吉林市周边），风干后，剪成小段后用自来水清根据 GBT28730-2012 将玉米秸秆粉碎并筛选出 0.22~0.45 mm 的样干燥箱内干燥 24 h 后或在 105℃烘干 6 h，密封于自封袋中置于干燥将样品烘干至目标要求，以确保实验的准确性。烘焙实验是在程序温控石英管式炉内进行，管式炉装置见图 2-1。浮子流量计确定流量，氮气气氛由氮气瓶提供，连接气源管的气密皂水涂抹在连接处检测管式炉的气密性，每次原料放入后将绝热塞持加热段的温度场均匀。
第 2 章 实验设计及分析检测方法术路线先在热重分析仪上选用空气载气的 TG 实验，获得玉米秸秆的G 法利用 ORIGIN 软件作图可得玉米秸秆原样的着火点。选取平管式炉内烘焙出不同操作条件下的固体产物，测量并分析了能量产率、热值与操作参数之间的关系；分别利用 FTIR，比表仪等化学分析仪器表征了烘焙过程中的结构和官能团的演化过对烘焙固体产物对常见印染材料亚甲基蓝的吸附特性，吸附研究，分析产物应用于活性炭吸附印染废水的可行性。具体路线
【相似文献】
本文编号：2838664
【学位单位】：东北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TK6;X505
【部分图文】：
图 1-1 生物质利用技术主要方法烧是一种利用率较低的生物质利用方式。生物质与煤混燃技术是一种较用技术，不仅可减少煤的消耗，而且降低了 NOx和 SO2的排放[12]。然而率高、破碎耗能高、热值低、不易存储，与煤混合燃烧对电站燃煤锅炉物质热解技术是在缺氧或无氧情况下的提高生物质能利用效率和减少环。快速热裂解技术是在快速升温至裂解温度和较短的停留时间条件下，的生物油和固态的生物质炭的过程。作为一种新型的生物质利用方式，势，如生物质油拥有能量密度大，易于存储和运输等优点[13]；热解产生富碳材料，具有较为复杂的孔隙结构和丰富的表面含氧官能团、较大的化学稳定性和较强的阳离子交换能力，在污水治理、烟气净化、土壤修、燃料电池等领域具有巨大应用前景[14]。生物质炭的比表面积虽然仅为面积的百分之一，但其对重金属[15]和印染废水[16]的吸附量与商业活性炭物质炭活化处理后可以极大地增加表面积和含氧官能团，增强了生物质
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第 2 章 实验设计及分析检测方法术路线先在热重分析仪上选用空气载气的 TG 实验，获得玉米秸秆的G 法利用 ORIGIN 软件作图可得玉米秸秆原样的着火点。选取平管式炉内烘焙出不同操作条件下的固体产物，测量并分析了能量产率、热值与操作参数之间的关系；分别利用 FTIR，比表仪等化学分析仪器表征了烘焙过程中的结构和官能团的演化过对烘焙固体产物对常见印染材料亚甲基蓝的吸附特性，吸附研究，分析产物应用于活性炭吸附印染废水的可行性。具体路线
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1 刘卫山;玉米秸秆含氧烘焙制备生物质炭结构演化及吸附性能研究[D];东北电力大学;2019年
本文编号：2838664
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