不同温度下棉杆颗粒热解制炭的性能研究

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不同植物纤维的热解和燃烧特性研究

DOI: 10.19906/ki.JFCT.2022003不同植物纤维的热解和燃烧特性研究郑泉兴1，刘秀彩1，吴添文1，陈　辉1，黄朝章1，许寒春1，蓝洪桥1，马鹏飞1，于德德1，谢　卫1,* ，伊晓东2,*（1. 福建中烟工业有限责任公司技术中心, 福建厦门 361021；2. 厦门大学化学化工学院, 福建厦门 361005）摘　要：本研究采用不等温热重法研究六种纤维（针叶、阔叶、竹、亚麻、草和棉）在N 2和空气气氛下的热解和燃烧特性，并采用Friedman 法对其进行动力学分析。

结果表明，纤维不同的热解和燃烧特性参数与其自身结构组成有关。

纤维在热解和燃烧过程中，其挥发分析出温度T s 、终止温度T h 、DTG 峰温T max 、固定碳燃烧峰温、最大质量损失速率、热解指数P 和燃烧指数S 均随着升温速率的增加而增加；在N 2气氛下，亚麻纤维T max 最大，竹纤维T max 最小，棉纤维的T s 最大，草纤维的最大热解质量损失速率−(d m /d t )max 、热解指数P 和燃烧指数S 均最小；在转化率为0.05−0.85条件下，阔叶纤维平均表观活化能最小(173.3 kJ/mol)，竹纤的最大(201.10 kJ/mol)。

在空气气氛下，所有纤维的热解过程的T max 均低于N 2条件下，在转化率为0.05−0.65时，纤维在空气中热解的表观活化能E α低于其在N 2条件下的表观活化能。

关键词：植物纤维；热解特性；燃烧特性；动力学分析；Friedman 法中图分类号： TK6 文献标识码： AStudy on pyrolysis and combustion characteristics of different plant fibersZHENG Quan-xing 1，LIU Xiu-cai 1，WU Tian-wen 1，CHEN Hui 1，HUANG Chao-zhang 1，XU Han-chun 1，LAN Hong-qiao 1 ，MA Peng-fei 1 ，YU De-de 1 ，XIE Wei 1,* ，YI Xiao-dong2,*（1. Technology Center , China Tobacco Fujian Industrial Co., Ltd., Xiamen 361021, China ；2. College of Chemistry and Chemical Engineering , Xiamen University , Xiamen 361005, China ）Abstract: In order to study the pyrolysis and combustion characteristics of different fibers, the kinetics of six kinds of plant fibers (coniferous, broadleaf, bamboo, flax, grass and cotton) in N 2 and air atmosphere were studied by non-isothermal thermogravimetric (TG) method using Friedman method. The results showed that the fibers had different pyrolysis and combustion characteristic parameters, which were related to their own structural compositions. In the process of pyrolysis and combustion of fibers, the initial volatilization temperature (T s ), terminal decomposition temperature (T h ), DTG peak temperature (T max ), fixed carbon combustion peak temperature, maximum mass loss rate, pyrolysis character index (P ) and combustion character index (S ) increased with the increase of heating rates; In N 2 atmosphere, the flax fiber T max and bamboo fiber T max were shown to be the highest and lowest among all fibers,respectively, and T s of cotton fiber was the largest; Grass fiber had the smallest maximum pyrolysis mass loss rate (−(d m /d t )max ), pyrolysis index (P ), and combustion index (S ); Between the conversion of 0.05−0.85, the average apparent activation energies (E ) of broadleaf fiber and bamboo fiber were the smallest (173.30 kJ/mol) and highest (201.10 kJ/mol), respectively. In air atmosphere, T max of all fibers in the pyrolysis process was lower than that in N 2.The apparent activation energy (E α) of fiber pyrolysis in air atmosphere was shown to be lower than that in N 2 when the conversion was between 5% and 65%.Key words: plant fiber ；pyrolysis characteristic ；combustion characteristic ；kinetic study ；Friedman method纤维作为植物的重要组成部分，现被广泛的应用在纺织、造纸、复合材料、建筑等领域，与人们的日常生活密切相关。

不同炭化参数棉秆炭的燃烧特性及其综合评价

不同炭化参数棉秆炭的燃烧特性及其综合评价随着能源危机的日益严重，人们对可再生能源的需求越来越高，而棉秆作为一种常见的农业废弃物，其炭化后可用于能源开发，成为一种可再生的资源。

目前，研究人员已经对不同炭化参数（如炭化温度、时间、炭化剂种类等）对棉秆炭的燃烧特性进行了一定的研究。

在本文中，我们将对这些研究进行概述，并对不同炭化参数棉秆炭的燃烧特性及其综合评价展开讨论。

首先，我们需要澄清一下什么是炭化。

炭化是指将有机物加热至一定温度下，在缺氧或微氧状态下进行分解和重组，生成一种含碳高达 60% ~ 80% 的物质。

炭化过程是棉秆转化为炭的过程，通常包括两个主要阶段：干馏和热解。

干馏是指在低温下（300℃~400℃）棉秆中的水分和挥发性物质逸出，热解是指在高温下（500℃~900℃）棉秆中的高分子量部分断裂，生成新的有机分子。

接下来，我们将具体探讨不同炭化参数对棉秆炭的燃烧特性的影响及其综合评价。

1、炭化温度对棉秆炭的燃烧特性的影响炭化温度是影响棉秆炭燃烧特性的重要参数之一。

当炭化温度分别为300℃、500℃、700℃、900℃时，棉秆炭的低位发热量分别为20.5 MJ/kg、24.5MJ/kg、29.6MJ/kg、30.4MJ/kg。

由此可见，随着炭化温度的升高，棉秆炭的低位发热量也逐渐增加。

炭化温度越高，不完全炭化物的含量越少，炭素结晶度和比表面积都越高，导致炭的燃烧空气侵入速度略微降低，因此，炭化温度对棉秆炭燃烧的可燃性有一定的影响。

2、炭化时间对棉秆炭的燃烧特性的影响炭化时间是炭化过程中的重要参数，炭化时间缩短有利于提高炭化效率，但过短的时间则可能导致不完全炭化，影响棉秆炭的燃烧特性。

实验表明，炭化时间对难燃和可燃物质的比例有显著影响。

当炭化时间分别为 60min 和 120min 时，棉秆炭的残渣质量分别为 60.04% 和 35.65%，这表明炭化时间的延长，有助于提高棉秆炭的难燃性。

3、炭化剂种类对棉秆炭的燃烧特性的影响炭化剂种类是炭化过程中的重要参数之一。

南疆棉秆生物炭的制备及理化特性分析

南疆棉秆生物炭的制备及理化特性分析王德胜;何振;冯勇;李凡;楚合营【摘要】以新疆棉花秸秆为原料,研究炭化温度和炭化时间、升温速率对棉秆基生物炭产量和理化性质的影响.选择300℃、400℃、500℃、600℃为最高炭化温度,5℃/min、10℃/min、15℃/min、20℃/min为升温速率,30 min、60 min、90 min、120 min为炭化时间.棉秆生物炭的最高固定碳为63％.原料的热解特性在惰性气体N2保护下进行TG-DTG分析.对棉秆生物炭的元素成分、PH值、固定碳、灰分和碳含量进行研究,同时进行了SEM,FT-IR表征.随着炭化温度的增加,生物炭pH值、灰分含量、碳稳定性及总碳的含量也逐渐增加,而生物炭产量、挥发分、H、O、N、S元素的含量减少.比表面积结果显示高温制备生物炭的孔隙率有所增加,但增加幅度并不大.研究发现加热时间和升温速率对棉秆生物炭性质的影响不显著,炭化温度对棉秆生物炭性质的影响显著.【期刊名称】《塔里木大学学报》【年(卷),期】2018(030)001【总页数】8页(P124-131)【关键词】生物炭;理化特性;棉花秸秆【作者】王德胜;何振;冯勇;李凡;楚合营【作者单位】塔里木大学植物科学学院,新疆阿拉尔843300;塔里木大学植物科学学院,新疆阿拉尔843300;塔里木大学植物科学学院,新疆阿拉尔843300;塔里木大学植物科学学院,新疆阿拉尔843300;塔里木大学现代农业工程重点实验室,新疆阿拉尔843300【正文语种】中文【中图分类】S381 引言随着全球化石能源消耗的不断增加，碳减排成为当今社会经济实现长久可持续发展的前提。

G20杭州峰会开幕前夕，中美两国联合签署《巴黎协定》标志着全球大气治理进入一个新的时期。

生物炭因其具有较高的化学稳定性，可以在土壤中被保存数百甚至上千年。

因此，将生物炭和土壤改良相结合，被作为一种有效的固碳技术受到科研工作者越来越多的关注。

不同热解温度下禾本科植物生物炭理化特性分析

高度芳香化的黑色蓬松固体物质 [1] ,因其具有丰富的表面活性官能团、较多的孔隙度、较大的比表面积
而具有吸附能力强的特性 [2] 。生物炭的理化性质不但受制备原料影响 [3] ,也因热解温度 [4] 及生产工
艺 [5] 等不同而有所差异。当前,制作生物炭的原料有作物秸秆、动物粪便和污泥等 [6 - 7] ,作物秸秆是生
关键词:热解温度;灰分;禾本科植物;生物炭
中图分类号:TQ35
文献标志码:A
文章编号:1673-5854(2021)04-0021-08
引文格式:朱启林,曹明,张雪彬,等. 不同热解温度下禾本科植物生物炭理化特性分析[ J] . 生物质化学工程,2021,55(4) :21 28.
制备生物炭,在选择合适热裂解温度的同时,对比分析原料种类对生物炭的元素含量、表面结构等理化
性质的影响,以期为生物炭制备工艺和农业固碳减排提供依据。
1 材料与方法
1. 1 原料、试剂及仪器
王草、水稻秸秆、甘蔗渣和玉米秸秆,海南省三亚市南繁科学技术研究院提供;浓硫酸、溴化钾、氢
氧化钠、硼酸、双氧水,均为分析纯。
Abstract:The biochars I, R, S and M were prepared at 300, 500 and 700 ℃ with the grasses of king grass, rice straw, bagasse
and corn straw as raw materials, respectively. The effects of different pyrolysis temperatures on the structure and composition of
Physicochemical and Infrared Spectroscopic Properties of Gramineae

棉花秸秆快速热解制备内醚糖及其过程的评价

棉花秸秆快速热解制备内醚糖及其过程的评价随着化石燃料消耗和环境问题日益严峻,迫切需要开发基于木质纤维素的可再生替代能源。

秸秆等木质纤维素的高效清洁利用成为近年来能源和环境领域研究的新热点。

生物油是木质纤维素通过快速热解直接制备的液体燃料,但由于其本身存在含水量、含氧量高、热值低、难以长期稳定储存和运输等缺点使其难以直接利用。

内醚糖作为生物油中含量最高的糖类,是制备生物燃料和化学品的重要化合物之一,近年来受到广泛关注。

本研究为实现利用棉花秸秆低成本,高得率生产内醚糖,进行了以下几个方面的研究:首先本研究通过优化快速热解反应条件（热解温度、反应时间、反应物颗粒大小和酸洗浓度）,获得棉花秸秆快速热解制备高内醚糖含量的生物油,并利用高效液相色谱建立内醚糖精确定量分析方法;采用絮凝-共沸蒸馏-萃取等方法,优化提取条件（高纯水体积、活性炭质量以及pH）从生物油中提取纯化内醚糖,并对内醚糖进行了定性定量分析;在试验基础上,建立模型并模拟从原料棉花秸秆生产生物油到提取获得内醚糖全工艺过程,通过此模型进行了经济核算和环境评估,探讨了内醚糖工业化生产的可行性和生产过程对环境的影响。

研究结果如下:（1）在热解温度为500℃、反应时间为1.4 s、反应物颗粒大小为600-650μm和盐酸浓度为8%的快速热解条件下,可获得19.89 wt%的内醚糖。

本研究还建立了用高效液相色谱法检测生物油中内醚糖的含量,采用Ultisil?XB-NH<sub>2</sub>柱,以ACN-H<sub>2</sub>O为流动相进行梯度洗脱。

采用Alltech 2000ES蒸发光检测器,最佳的蒸发光检测器条件为:15℃柱温、70℃漂移管温度和3.0 L/min气体流速,可测定生物油中内醚糖的含量。

该方法中内醚糖标准曲线校正系数>0.990,回收率为96.79-99.13%,定量限为3.632μg/mL,检测限为9.08μg/mL。

不同热解温度对炭化产物的影响

不同热解温度对炭化产物的影响不同热解温度对炭化产物的影响是炭化过程中的重要参数，它会影响炭化产物的组成、结构和性质。

以下是常见的热解温度对炭化产物的影响：
1. 炭化产物组成：随着热解温度的升高，炭化产物的组成会发生变化。

低温下，热解主要产生具有较高挥发性的物质，如气体和轻质烃类。

随着温度的增加，这些挥发性物质会逐渐释放完，产物中的非挥发性成分逐渐增加，如焦炭和固体残留物。

2. 炭化产物结构：热解温度对炭化产物的结构和晶体形态也有影响。

较低的热解温度会导致较小的结晶尺寸和较短的晶体生长时间，而较高的热解温度会促进晶体生长和结晶尺寸增大。

3. 炭化产物性质：热解温度还会影响炭化产物的物理和化学性质。

较低的热解温度下产生的炭化产物通常具有较高的比表面积和孔隙结构，这对于吸附、催化和电化学应用具有重要意义。

而较高温度下产生的炭化产物往往具有更高的热稳定性和机械强度。

需要注意的是，不同原料的热解温度范围和影响可能会有所不同。

此外，热解温度还需要与热解时间、加热速率等其他因素一起综合考虑，以获得所需的炭化产物性质。

因此，在实际应用中，需要根据具体情况进行热解条件的优化和控制。

1/ 1。

不同生物质原料和制备温度对生物炭物理化学特征的影响

不同生物质原料和制备温度对生物炭物理化学特征的影响生物炭是含碳有机质在无氧或者限氧条件下经过热解转化而形成的富碳固体物质。

生物炭施加于土壤后可以有效改善土壤理化性质,增加土壤肥力,同时还可以促进植物生长。

另外生物炭具有多孔特征和高稳定性的特点,可以降低环境中有机污染物和重金属的生物有效性,减缓气候变化等,在环境科学方面具有重要的研究意义。

当前,国内外关于生物炭的基本理化性质的研究已经开展很多工作,但对于不同原料来源和不同制备条件得到的生物炭的理化性质以及结构特征的研究,尤其是在生物炭中溶解性有机质、不同碳组分的稳定性以及孔隙发育过程的方面鲜有报道。

因此,本研究选取不同类型的生物质为原料,在不同的温度下制备得到一系列的生物炭,对其基本理化性质和结构特征进行系统研究,着重探讨了生物质原料类型和热解温度对生物炭的生成、生物炭中不同碳组分的稳定性以及孔隙结构特征变化等的影响。

研究结果为生物炭基础研究以及在农业和环境领域的应用提供了数据支持和理论依据。

首先对我国3种主要农作物秸秆(稻秆、玉米秆和麦秆)在不同温度下制备的生物炭的理化性质进行了系统研究,结果显示:随着热解温度的升高,不同来源的秸秆生物炭的产率不断下降,灰分不断增加。

3种农作物秸秆制备的生物炭的C含量均比较高,并且随着制备温度升高,C含量逐渐增加,而生物炭表面的官能团数量呈下降趋势。

秸秆中半纤维素和纤维素组分在300℃时基本分解完成,随着热解温度的升高,生物炭内部碳组分不断聚合导致生物炭的芳香化程度增加。

研究结果还表明,虽然3种秸秆生物炭呈现出相似的元素组成和结构特征,但仍然存在一些差异。

热解温度和原料种类对生物炭的物理化学性质和结构均有重要影响,而热解温度的影响要比原料的种类的影响要大。

低温(<300℃)制备的生物炭的产率较高,并且保留原料中丰富官能团如羧酸、羟基和羰基等,这对改善土壤质量有很大益处。

而在500℃以上,秸秆生物炭表面的活性官能团基本上被去除,生物炭中主要以稳定的高度芳香化碳结构物质为主,较适用于碳的封存上。

生物质热解制备高品质炭材料及其功能化应用

生物质热解制备高品质炭材料及其功能化应用生物质热解是利用高温条件下无氧加热产生的化学反应，将生物质转化为炭材料的一种方法。

与传统的化石燃料相比，生物质热解制备的炭材料具有更低的碳排放和环境影响，因此被广泛地应用于环境保护、能源储存等领域。

本文将介绍生物质热解制备高品质炭材料的方法及其功能化应用。

一、生物质热解制备高品质炭材料的方法生物质热解制备炭材料的关键在于选择适当的生物质原料和热解条件。

常用的生物质原料包括木材、秸秆、稻壳等，这些材料中含有丰富的碳水化合物和纤维素，是制备炭材料的理想原料。

热解条件通常是在高温下进行，一般在450℃至1000℃之间，热解时间也很重要，一般需要几小时至几十小时不等。

在热解过程中，生物质会分解为气态、液态和固态产物。

气态产物主要是水蒸气、CO2和少量的其他气体，液态产物包括生物油和酚类化合物，而固态产物就是炭材料。

为了获得高品质的炭材料，需要优化热解参数，如热解温度、热解时间、升降温速率等。

二、高品质炭材料的功能化应用高品质的炭材料具有很多优异的性能，如高比表面积、低密度、优异的机械强度和耐化学腐蚀性等，这些性质使其广泛应用于环境治理和能源储存领域。

1.环境治理生物质炭材料可以吸附各种有机和无机污染物，如有机染料、重金属离子等。

炭材料具有高比表面积和孔隙结构，可以提高吸附性能。

此外，生物质炭材料还可以作为吸附剂、废水处理剂、气相过滤器等，对环境污染具有良好的治理效果。

2.能源储存生物质炭材料可以作为电容器电极材料，用于储存电能。

炭材料具有优异的导电性和孔隙结构，可以提高电容器的能量密度和功率密度。

此外，生物质炭材料还可以作为锂离子电池的负极材料，用于储存电能。

炭材料具有大量的微孔和介孔，可以提高锂离子电池的循环性能和能量密度。

结论生物质热解制备高品质炭材料是一种绿色、可持续的方法，具有优异的性能和广泛的应用前景。

生物质炭材料可以用于环境治理、能源储存等领域，对减缓能源短缺、改善环境质量发挥重要作用。

水热法碳化废旧棉织物制备碳微球的研究

水热法碳化废旧棉织物制备碳微球的研究杨秀英;方志;张德庆【摘要】利用废旧棉织物为原料，采用水热法在240~280℃温度范围下成功制备了碳微球。

利用XRD、SEM和FT-IR对产物进行表征，通过ICP-Mas研究了产物对水中铝、铅等离子的吸附性能。

从研究结果可知，水热反应温度为240~280℃，制备的碳微球粒径约为0.2~5.0μm，对铝、砷、镉、铅离子有较好的吸附性能。

废旧棉织物在水热条件下发生水解、脱水，脱除有机基团过程中碳骨架发生球化趋势而逐渐成球。

%Using waste cotton fabrics as raw material, carbon microspheres were prepared successfully by the hydrothermal method at 240~280℃. The prepared products were characterized by XRD, SEM and FT-IR, the adsorption properties of aluminum, lead etc. ions in water was studied by ICP-Mas. The results shown that, when the hydrothermal reaction temperature is 240~280℃, the prepared carbon microspheres particle size is about 0.3-5.0μm, had better adsorption on ions of aluminium, arsenic, cadmium, lead in water. With hydrothermal reaction, waste cotton fabrics underwent hydrolysis and dehydration, and in the process of the removal of organic groups,the carbon skeleton spheroidizing trend occurred and gradually formed into a ball.【期刊名称】《齐齐哈尔大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2015(000)002【总页数】4页(P5-7,11)【关键词】水热法;碳化;废旧棉织物;机理【作者】杨秀英;方志;张德庆【作者单位】齐齐哈尔大学材料科学与工程学院，黑龙江齐齐哈尔161006;齐齐哈尔大学材料科学与工程学院，黑龙江齐齐哈尔161006;齐齐哈尔大学材料科学与工程学院，黑龙江齐齐哈尔161006【正文语种】中文【中图分类】X791;O613.71随着纺织行业的发展速度飞速提升，纺织品的消费量和废弃量大幅上升[1]。

棉秆热解特性的分析

棉秆热解特性的分析作者：杨瑛，郑文轩来源：《湖北农业科学》 2014年第16期杨瑛，郑文轩（塔里木大学机械电气化工程学院，新疆阿拉尔８４３３００）摘要：对棉秆进行热重分析和不经粉碎直接热解炭化试验研究。

结果表明，棉秆样品在２００～４５０℃内失重迅速。

棉秆不经粉碎直接热解炭化后，所得三相产物在５００℃时，生成秸秆液和秸秆炭的比例最高，而生成秸秆气的比例最低；在４００℃时，秸秆炭中的含碳量最高。

在棉秆热解过程中，随着反应温度增加，热解固体产物质量不断减少，但是固体产物中固定碳不断增加；热解温度高于４００℃后，随着反应温度的增加，固定碳开始下降。

关键词：棉秆；热重分析；热解中图分类号：ＴＫ６；Ｓ２１６．４文献标识码：Ａ文章编号：0439－８114（２０14）16－3915-02收稿日期：２０１３－１０－１４基金项目：新疆建设兵团青年科技创新资金专项（２０１３ＣＢ０１７）作者简介：杨瑛（１９７９－），女，甘肃敦煌人，副教授，博士，主要从事农业生物环境与能源工程研究，（电话）１８０９６９２０８５１（电子信箱）５９１９０８６０３＠ｑｑ．ｃｏｍ。

棉花（Ｇｏｓｓｙｐｉｕｍｓｐｐ．）是重要经济作物之一，也是重要的工业原料。

我国普遍种植棉花，是世界上最大的产棉国。

２０世纪９０年代以来，我国棉花产量占世界棉花产量的１/４，在棉花丰收的同时，也产生了大量棉花秸秆（以下简称棉秆）废料。

若能将这些丰富的绿色副产品有效利用，不仅能变废为宝、造福于民，还能提高棉花种植的经济效益。

近年来，对棉秆资源开发和利用的研究报道较多，棉秆主要用于制浆造纸、发酵饲料、建筑材料、化工产品原材料及制造食用菌［１］等方面。

热解是热化学转化的最基本过程，是液化、气化及燃烧过程初始和伴生的化学反应。

热解分析有助于热化学转化过程的控制及高效转化工艺的优化。

目前许多学者都对农林废弃物及加工残余物进行了热重分析研究［２－９］，如秸秆、稻壳、甘蔗渣等热重研究。

棉花秸秆制备活性炭及其吸附性能的研究

浓度为３ｍｏｌ·Ｉ，活化时间为５００℃ ，活化时间为１００ｍｉｎ，在此条件下制得的活性炭
其吸附碘值为１０５０ｍｇ·ｇ，得率为５３，比表面积为１３８３．７ｍ ·ｇ，总孔容积为
０．７６６ｃｍ。·ｇ～，平均孔半径为１．１ｎｍ。考察活性炭在吸附时间、投加量、ｐＨ条件下对
亚甲基蓝的吸附量，初始浓度为５０ｍｇ·Ｌ的亚甲基蓝，活性炭吸附量达到４９．４ｍｇ·
ｇ，吸附等温线可以用Ｉａｎｇｍｕｉｒ模型描述。
关键词：棉花秸秆；活性炭；吸附
中图分类号：ＴＱ４２４．１
文章编号：１６７２—６９８７（２０１６）０ｌ＿００１８—０５；ＤＯＩ：１０．１６３５１／Ｊ．１６７２—６９８７．２０１６．０１．００４
棉花秸秆制备活性炭及其吸附性能的研究
郑梦桃，羊依金谭显东，邱海浪，信欣
（成都信息工程学院资源环境学院，四川Ｉ成都６１０２２５）
摘要：以农业废料棉花秸秆作为原料，采用化学活化法，氯化锌为活化剂制备高效的生
物质活性炭。研究了浸渍比、活化剂浓度、活化温度、活化时间４个工艺参数对制备活性
炭的得率及吸附碘值的影响。找到其最佳制备条件：浸渍比为４：１４（ｇ·ｍＩ），氯化锌
（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＲｅｓｏｕｒｃｅｓａｎｄＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，ＣｈｅｎｇｄｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈｅｎｇｄｕ６１０２２５，Ｃｈｉｎａ）

不同裂解温度的污泥生物质炭理化特性分析

（UV2200，上海舜宇恒平科学仪器有限公司）测定（pH
8 的 1 mol/L NaHCO3 浸提，固液比 1:4）。有效钾和有效钠含量用火焰光度计（FP 640，上海精密仪器仪表有
限公司）测定（1 mol/L NH4HAc 浸提，固液比 1:10）。铵态氮和硝态氮含量用连续流动分析仪（Auto
(Crop Research Institute, Guangxi Agricultural Vocational and Technical College, Nanning 530000)
Abstract: To study the effect of pyrolysis temperature on the basic physical and chemical properties of sludgebased biochar, so as to provide a theoretical basis for the safe, reasonable and efficient disposal of sludge, dried sludge was pyrolyzed at 200, 300, 500 and 700 ℃ (SBC200、SBC300、SBC500、SBC700), respectively, and the basic physical and chemical properties of sludge-based biochar were determined. The results showed that the surface particle structure of the biochar prepared at different temperatures was not damaged. The pore size was in the range of 10- 50 μm. The surface of SBC200 was smooth, the most probable pore size and the median pore size were the largest, which were 20.1 μm and 14.8 μm, respectively. The surface of the SBC700 was rough, with the largest specific surface area of 5.98 m2/g. With the increase of pyrolysis temperature, the yield, water content, conductivity, volatile matter and cation exchange capacity of sludge- based biochar decreased significantly. The total carbon, oxygen, total nitrogen, hydrogen content, available phosphorus and ammonium nitrogen decreased gradually. The pH and ash content of sludge-based biochar increased significantly with the increase of pyrolysis temperature. The preparation of biochar is an effective way to dispose sludge safely. The sludge-based biochar prepared at low temperature has great potential to improve soil fertility, while the biochar prepared at high temperature has great potential to improve the pH of acid soil. Keywords: sludge; biochar; pyrolysis; physical and chemical properties; temperature; soil; improvement

棉秆热解特性的分析

收稿日期院圆园员猿原员园原员源基金项目院新疆建设兵团青年科技创新资金专项渊圆园员猿悦月园员苑冤作者简介院杨瑛渊员怨苑怨原冤袁女袁甘肃敦煌人袁副教授袁博士袁主要从事农业生物环境与能源工程研究袁渊电话冤员愿园怨远怨圆园愿缘员渊电子信箱冤
缘怨员怨园愿远园猿岳择择援糟燥皂遥
3916
湖北农业科学
2014 年
由图员棉秆热重分析可以看出袁样品在圆园园耀源缘园益内失重迅速遥棉秆热解过程大致分为猿个阶段院第一阶段在圆园园益以内是水分的析出阶段曰第二阶段在圆园园耀源缘园益袁挥发分集中析出的阶段袁样品在此阶段发生剧烈的热解反应袁样品失重很迅速曰第三阶段大于源缘园益袁失重变得缓慢袁生成炭和灰分袁主要是木质素的热解造成的咱员园暂遥
第 53 卷第 16 期圆园1第4 年16 8期月
湖北农业科学匀ubei 粤gricultural 杂ciences
灾燥造援 53 No.16 Aug援袁圆园14
棉秆热解特性的分析
杨瑛袁郑文轩
渊塔里木大学机械电气化工程学院袁新疆阿拉尔愿源猿猿园园冤
摘要院对棉秆进行热重分析和不经粉碎直接热解炭化试验研究遥结果表明袁棉秆样品在圆园园耀源缘园益内失
关键词院棉秆曰热重分析曰热解
中图分类号院栽运远曰杂圆员远援源
文献标识码院粤
文章编号院0439原愿114渊圆园14冤16原3915-02
孕赠则燥造赠泽蚤泽悦澡葬则葬糟贼藻则蚤泽贼蚤糟泽燥枣悦燥贼贼燥灶杂贼葬造噪
再粤晕郧再蚤灶早袁在匀耘晕郧宰藻灶原曾怎葬灶渊杂糟澡燥燥造燥枣酝藻糟澡葬灶蚤糟葬造耘造藻糟贼则蚤扎葬贼蚤燥灶耘灶早蚤灶藻藻则蚤灶早袁栽葬则蚤皂哉灶蚤增藻则泽蚤贼赠袁粤造葬则愿源猿猿园园袁载蚤灶躁蚤葬灶早袁悦澡蚤灶葬冤

不同温度制备生物炭的热解产物特征

第48卷第5期Vol.48, No.5, 511–5202019年9月GEOCHIMICASept., 2019收稿日期(Received): 2019-03-26; 改回日期(Revised): 2019-07-16; 接受日期(Accepted): 2019-07-22基金项目: 国家自然科学基金(41673117); 中国博士后科学基金(2018M633070); 中央级公益性科研院所基本科研业务费专项(PM-zx703-201803-083)作者简介: 韦思业(1987–), 男, 博士后, 环境科学专业。

E-mail: wsyzyp@* 通讯作者(Corresponding author): SONG Jian-zhong, E-mail: songjzh@; Tel: + 86-20-85291312Geochimica▌ Vol. 48▌ No. 5▌ pp. 511–520▌ Sept., 2019不同温度制备生物炭的热解产物特征韦思业1, 2, 宋建中1*, 彭平安1, 于赤灵1, 李开明2(1. 中国科学院广州地球化学研究所有机地球化学国家重点实验室, 广东广州 510640; 2. 生态环境部华南环境科学研究所广东省水与大气污染防治重点实验室, 广东广州 510655)摘要: 本论文主要利用热解-气相色谱/质谱联用仪(Py-GC/MS)对不同温度制备生物炭的化学特征进行了研究, 并探讨了制备温度对生物炭热解产物的影响。

结果显示, 不同温度制备的稻秆(RS)、玉米秆(CS)和松木(PW)生物炭的热解产物组成具有一定类似性。

这些化合物均以芳烃和苯酚类化合物为主(55%~100%), 另外还包含有呋喃类化合物(NA~31%)以及少量含氮化合物(NA~1.7%)等杂原子化合物, 表明不同类型的生物炭具有较为类似的化学结构, 均以芳香性结构组分以及连接在芳香结构上的烷基或含氧、氮等杂原子基团组成。

不同热解温度对炭化产物的影响

不同热解温度对炭化产物的影响
热解是一种将有机物分解为固体残渣、液体和气体的过程。

热解温度是影响炭化产物的一种重要因素。

本文将探讨不同热解温度对炭化产物的影响。

在热解过程中，热解温度是直接影响炭化产物的因素之一。

一般来说，随着热解温度的升高，炭化产物的质量和热值都会增加。

但是，过高的热解温度会导致炭化产物的热值下降和质量损失。

在200℃以下的低温热解条件下，主要产生的是液体和气体。

热解温度升高到300℃时，产物开始转化为固体。

在400℃以下的热解条件下，产物主要为焦油和气体，固体产物较少。

当热解温度升高到500℃时，固体产物的质量和热值开始增加。

随着热解温度的升高，固体产物的热值和质量呈现出先升高后降低的趋势。

在700℃以上的高温热解条件下，炭化产物的热值和质量开始下降，产物变得更加脆弱。

热解温度对炭化产物的影响不仅仅与温度本身有关，还与原料的性质有关。

例如，木材和秸秆等纤维素类物质在高温下容易形成焦油和气体，而煤炭等含碳物质在高温下容易形成焦炭。

除了热解温度，热解时间和热解压力等因素也会影响炭化产物的质量和热值。

在相同的热解温度下，热解时间越长，炭化产物的质量和热值都会增加。

热解压力的增加会促进气体和液体的产生，但会
抑制固体产物的生成。

热解温度是影响炭化产物质量和热值的重要因素之一。

在选择热解温度时，需要考虑原料的性质和炭化产物的应用需求，以达到最佳的炭化产物质量和热值。

热解温度对制备不同类型秸秆生物炭及其吸附去除Cu^2+的影响

摘要［目的］探讨热解温度对制备不同类型秸秆生物炭及其吸附去除ｃｕ “ 的影响。［方法］以玉米、水稻、芝麻３类秸秆为原料于４００～７００℃ 热解炭化制备生物炭，探讨热解温度对秸秆生物炭的结构官能团、比表面积、孔径分布等结构及理化性质的影响，并评价生物炭对Ｃｕ２＋的吸附性能。［结果］生物炭的ｐＨ和比表面积随热解温度的升高而逐渐增大，而产率却逐渐稳定，其中热解温度的变化对水稻和芝麻秸秆生物炭的影响更为明显；此外，生物炭对ｃｕ “的吸附效率与生物炭的种类和热解温度有关，升高热解温度有利于提高生物炭对ｃｕ ’ 的吸附去除率，且水稻和芝麻秸秆生物炭的吸附效率明显高于玉米秸秆生物炭，其中７００ｏＣ下热解所制备的水稻和芝麻秸秆生物炭对ｃｕ “的去除率可达１００％。［结论］该研究可为控制农业环境污染提供科学依据。关键词秸秆生物炭；热解温度；Ｃｕ “吸附去除；理化性质中盈分类号Ｘ７０５文献标识码Ａ文章编号ｏ５１７ — ６６１１（２０１７）０７— ００５６— ０３
７００℃ ｕｎｄｅｒ￣ｈｅｔｎｉｔｒｏｇｅｎａｔｍｏｓｐｈｅｒｅ．Ｅｆｅｃｔｓｏｆｈｅｔｐｙｒｏｌｙｓｉｓｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｎｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｐｈｙｓｉｃｏｃｈｅｍｉｃａｌｐｒｏｅｒｐｔｙａｎｄＣｕｒｅｍｏｖａｌｅｉｃｆｉｅｎｃｙ

热解终温和加热速率对棉杆热解生物炭的影响研究

热解终温和加热速率对棉杆热解生物炭的影响研究潘萌娇;孙姣;贺强;陈文义【摘要】以棉杆为研究对象,在管式炉上进行了生物质热解实验研究,对热解终温、升温速率对生物质热解过程中固体炭的产率及理化特性的影响进行试验及分析研究.热解实验分别以10 ～30℃/min的升温速率升温到热解终温300 ～700℃.结果发现,随着热解温度的升高,焦炭的产量呈减少趋势,而以10℃/min升温速率在700℃下获得的生物炭有最大的固定碳含量(67.62％)和碳含量(68.78％),升温速率对生物炭的产率的影响不是很明显.FTIR分析表明不同条件获得的生物炭的官能团组成非常相似.550℃时产生的生物炭有较高的比表面积,表面孔结构较均匀.生物炭可以被用在活性炭的生产以及净化过程等方面.【期刊名称】《河北工业大学学报》【年(卷),期】2014(043)005【总页数】7页(P60-66)【关键词】棉杆;热解;焦炭;温度;升温速率【作者】潘萌娇;孙姣;贺强;陈文义【作者单位】河北工业大学化工学院,天津300130;河北工业大学工程流动与过程强化研究中心,天津300130;河北工业大学化工学院,天津300130;河北工业大学工程流动与过程强化研究中心,天津300130;河北工业大学化工学院,天津300130;河北工业大学工程流动与过程强化研究中心,天津300130;河北工业大学化工学院,天津300130;河北工业大学工程流动与过程强化研究中心,天津300130【正文语种】中文【中图分类】TK6生物质是指通过光合作用而形成的各种有机体，储存的是太阳能，在各种可再生能源中是唯一一种可再生的碳源，且资源丰富，是仅次于煤、石油、天然气而列居第4位的能源．生物质主要是由纤维素、半纤维素、木质素和少量附加成分的提取物组成．生物质热裂解是生物质在完全缺氧或有限供氧条件下利用热能切断生物质大分子中碳氢化合物的化学键，使之转化为小分子物质的热解，这种热解过程最终生成液体生物油、可燃气体（主要是 CO、H2、CH4）、不可燃气体（ CO2）和固体焦炭[1]．农作物秸秆是一种潜在的生物质能源，合理开发利用农作物秸秆生物质能源，对缓解日益严重的能源危机和环境保护问题具有十分重要的现实意义．中国是农业大国，有丰富的农业秸秆产量．棉秆为棉花产业的副产物，其产量一般是棉花产量的3 ～ 5 倍．近年来，世界棉花产量一直保持在近 2 500 万 t/年，中国以约760 万t/年的产量占居世界首位，棉杆产量可达 2280 ～ 3800 万 t，我国棉秆生物质能资源相当丰富[2]．而部分农民选择了简单焚烧或随意堆积，这种处理方法不但浪费了宝贵的自然资源，而且易污染环境，成为社会一大公害．充分利用棉秆生物质资源，对缓解中国能源和环境压力具有十分重要的意义[3]．前人对于生物质热解做了很多研究工作．热解产物的产量和特性受操作条件和原料特性的强烈影响[4-11]．工艺参数对生物质热解的影响以及详细的生物油特性分析已经被广泛地研究[12-13]．目前生物质热解研究的热点聚焦在生物油的生产上，对生物炭的关注较少．生物炭是一类高度芳香化难熔的固态物质，用途广泛，其中制备烧烤炭和活性炭是最有效和有利推广的两种处理方式．而生物炭与化肥混合加工制成的炭基肥具有改良土壤、提高土壤的肥力和透气能力，是一种可以替代传统有机无机配合施肥的节氮肥料[14-16]．热解焦炭具有与活性炭类似的网孔结构和高比表面积，能够吸收气体中的有害成分，尤其是水中的有毒物质，在环境净化方面贡献很大的力量[17]．因此本文将注意力放在应用广泛、操作简便的生物炭生产上．本文以棉杆为研究对象，在管式炉上考察不同热解温度及加热速率对热解焦炭产量及质量的影响规律．通过元素、工业分析和傅里叶红外光谱分析研究了焦炭的物理化学特性，并利用SEM、物理吸附微孔和化学吸附仪对热解焦炭的形态及表面孔结构进行分析，为生产高品质的焦炭及其应用提供理论依据．1.1 实验原料实验用生物质样品为中国天津郊区农田收集的棉花秸秆．实验前将样品在自然条件下风干粉碎后，先过20 目Tyler标准筛再过 80 目筛，得到粒径为 0.18 ～0.85mm 的实验样品．1.2 实验系统装置图1为实验系统示意图．实验系统由热解炉、温控系统、保护气体输送系统、热解气体冷凝系统以及产物收集装置 5 部分组成．热解炉采用上海意丰电炉有限公司生产的 SK2-2-10 型电炉进行电加热，炉膛内径40mm；加热反应器为一根石英管，长度为 1000mm，内径为 35mm；在石英管的内部中间，放置半圆弧状石英舟，并在其内放置热解物料；温控系统采用上海KSGD-6.3-12 程序控制温控仪；热解保护气体采用纯度为 99.99%的氮气；一部分可冷凝气体成分通过二级冰水冷却系统冷凝管和U形管冷凝成液体，不可凝气体产物则在保证常压环境前提下采用排水法收集到气囊中，热解结束冷却到室温后取出固体剩余物称重即为生物炭产量．对于第 1 组热解实验，以10℃/m in 加热速率在300 ℃，400 ℃，450 ℃，500 ℃，550 ℃，600 ℃和700 ℃下热解棉杆原料，以研究热解终温对热解产生的影响．在第 2 组热解实验中，分别以20 ℃/m in 和30 ℃/min加热速率将棉杆加热到各个热解终温进行热解，结合第一组实验研究加热速率对热解产生的影响．1.3 生物炭的特性描述使用Flash EA1112 型全自动元素分析仪对生物炭进行元素分析，通过差减法计算氧元素含量．工业分析根据 GB/T2001-91 焦炭工业分析测定方法测定．通过德国布鲁克光谱公司生产的 VECTOR22 型傅里叶红外光谱仪测定其化学官能团组成．使用荷兰飞纳公司proG2 型扫描电子显微镜拍摄其SEM图，使用M icromeritics公司的ASAP 2020 型物理吸附微孔和化学吸附仪（SurfaceAreaand Porosity Analyzer）测量生物炭的比表面积．2.1 生物质特性生物质的元素分析、工业分析、成分分析见表1．从元素分析可以推断，棉杆的整体有机物元素含量（C，H，O）达到 97.71%，并且热值为 15.41MJ kg1．棉杆的热值通过式 (1) 计算．其中：Q 是热值分别是原料中碳，氢，氧和硫元素的质量含量[18]．2.2 生物炭产量分析热解终温对棉杆热解炭产量的影响如图2所示．从图2可以看出，在每一个加热速率下，炭产量都随着热解温度的升高而下降．在较低的热解温度下棉秆不能完全热解，所以炭产率较高，随着热解温度的升高原料热解趋于完全，当热解温度大于550 ℃后其产率变化平缓．在升温速率为10 ℃/m in 条件下，当热解终温从300 ℃增加到550 ℃时焦炭的产量从 39.2%降低到 31.2%．换句话说，转化率从60.8%升高到了68.8%，其中转化率为原料失重与原料重量的百分比．高温时焦炭产率的微量减少是因为焦炭在高温下进一步发生还原反应而释放出气体，焦炭的还原反应是吸热反应，在高温下反应更加剧烈[6]．由于本次研究选用的加热速率相对快速热解低的多，所以加热速率的影响效果不是很明显．尽管如此还是可以看出，较高加热速率下有较低的焦炭产量．加热速率在20 ～30 ℃/m in之间时整体转化率比10 ℃/min时高 1% ～ 4%左右．较快的加热方式使挥发分在高温环境下的停留时间增加，促进了二次裂解的进行，使焦油产率下降，燃气产率提高．低温、低加热速率（长期滞留）慢速热解会促进高焦炭产量[7]．2.3 生物炭特性分析2.3.1 元素分析表2中列出了不同生物炭样品的元素组成和比表面积．元素分析的结果表明对于所有的加热速率来说，碳元素的含量随着热解温度的升高而升高，而氢、氧以及氮元素的含量则降低．在10 ℃/m in 加热速率下，当温度从300 ℃增加到700 ℃时碳元素的含量从 62.66%增加到 68.78%；而氢元素含量从 3.16%下降到 0.69%；氧元素的含量从 32.33%下降到 28.39%，氮元素从 2.55%下降到了 2.14%．氢元素和氧元素的减少与高温时焦炭中的较弱的化学键的断裂有关．同样元素分析也反映了棉杆在700 ℃时有较高的转化率[8]．一般来说焦炭中的氮元素含量可以提供土壤中的养分，提高农作物产量，此次实验中低温和较低的加热速率较适合高氮产率[9]．同样，随着温度的升高，H/C 和 O/C 的原子比也逐渐下降．这表明生物炭变得越来越碳质化，以及炭在高温时的脱氢作用．10 ℃/m in加热速率下的焦炭的 H/C 和 O/C 分别从300 ℃时的 0.61 和 0.39 降为700 ℃时的 0.12 和 0.31．不同的加热速率下呈现相同的变化趋势．2.3.2 比表面积分析焦炭的比表面积是很重要的，像其他物理-化学特性一样，它强烈的影响焦炭的反应和燃烧行为．焦炭的表面面积表明了它在土壤营养吸收中的能力．有较大面积的生物炭可以固定养分，防止养分被水分冲走，从而减少了肥料的使用[19]．表2 给出了不同热解温度和加热速率下的焦炭的比表面积．对于所有的加热速率，当温度从300 ℃升高到550 ℃时，比表面积达到最大值分别为3.90m2/g、7.03m2/g、4.00m2/g．而在随着温度的升高到700℃时趋势相反了，比表面积开始下降．当温度升高到550℃时，微孔的数量随着挥发分物质的析出而显著增加，导致孔体积和比表面积的增加，而由于挥发分气泡的演变导致的结构次序以及微孔数量的减少和大孔数量的增加被认为是导致700 ℃时比表面积减少的原因[8]．而且，加热速率的改变导致了脱挥发分速率的不同，从而导致了焦炭比表面积的不同变化规律．在较高和较低的加热速率下有较小的比表面积．焦炭产物的比表面积相对于商业活性吸附剂来说只有其的 100 ～ 200 分之一[20]．2.3.3 热值分析热值表明生物炭被用作燃料的潜质．表2给出了不同加热速率和热解终温下的生物炭的热值．可以看出在不同的加热速率下热解终温为400 ℃时生物炭有最大的热值，在20 ℃/m in下达到 23.25MJ kg1．但加热速率对生物炭热值的影响甚小．棉杆焦炭热值与其他生物质生产的生物炭相似，如芒草、红花籽[9，21]．2.3.4 工业分析如表3所示，棉杆经过不同的加热速率和热解温度制成热解焦炭，焦炭各组分含量皆随温度的变化而变化．由于在各个温度产生的焦炭中已不再含有水分，故工业分析中未含有水分．可以看出焦炭中挥发分在温度较低时含量较高，比如30 ℃/m in，在300 ℃时高达 31.96%，说明在低温时热解不完全挥发分尚未完全析出，这部分挥发分的失去主要是因为水分的挥发和半纤维素的降解．在热解温度较高时挥发分含量明显减少，这是因为在此范围内主要发生纤维素和木质素的降解以及脱气反应，物料中挥发分开始大量析出，产生可凝和不可凝气体，使残留在焦炭中的挥发分降低很多，不同加热速率下在550℃以后挥发分含量变化不大，说明挥发分已几乎全部析出，增加温度对降低挥发分含量影响不大．700℃时挥发分残余量最小分别仅为15.17%，16.39%和 18.25%．正是由于挥发分的析出，导致焦炭中固定碳和灰分含量的不断增加．灰分含量的变化趋势主要是由于物料中挥发分的析出使物料总量减少，而灰分的绝对含量不变，则其相对含量增加，700 ℃时灰分分别为 17.21%，18.92%和 16.13%．较低的加热速率导致焦炭有较高的固定碳含量和较低的挥发分含量．这与低温和较长的滞留时间会产生较高的焦炭产量以及高碳含量是一致的，这也在以前的文献中证实过[10]．2.3.5 傅里叶光谱分析图3给出了原料以及不同热解温度所产焦炭的傅里叶转换红外光谱图．从原料和各个温度下的焦炭在3 400 ～ 3 500 cm1之间的O H伸缩振动吸收峰可以明显看出酚类的存在．在 2750 ～ 3000 cm1之间的吸收带对应脂肪族的CH3的伸缩振动．原料中的脂肪族CH3吸收峰还比较明显，而热解的焦炭的吸收带明显减小．在 2300 ～ 2400 cm1之间的较小的吸收峰表明存在羧基和羰基，这是吸附在生物质中的 CO2引起的．1 600 ～ 1 750 cm1之间的吸收峰代表了C=C的伸缩振动，表明了芳香族的存在[19]．1000 ～ 1300 cm1之间的吸收峰的存在是由于醇、醚、酯类中的C O的伸缩振动．700 ～ 900 cm1处的吸收峰表明了单一环和多环化合物的存在[11]．这些峰在原料中比在生物炭中明显．同时也可以看出，热解温度和加热速率对生物碳的FTIR曲线的影响不是很显著．2.3.6 SEM 分析对热解固体产物炭的表面形态进行分析，可以更加直观地了解炭的特性．图4显示了不同条件下获得的焦炭样品的 SEM 图．可以看出在300 ℃时样品基本保持了原有的骨架结构且已经陈列出一些结构收缩的痕迹，并可以看到部分碎片物质．这是由于挥发份的释放，焦炭颗粒表面变得越来越粗糙，焦炭表面形成孔状结构，但是孔数量较少．焦炭表面覆盖一层熔融层，这是挥发分冷却浓缩所致照成的．这说明棉杆在此热解温度下不能得到完全的热解，挥发分不能充分从原料中析出，导致焦炭的产量较高．随着温度的升高，到550 ℃时焦炭表面熔融层消失，已经观察到了一些层状结构，这可能是由于温度上升从而引起更多的挥发性产物析出，而且还观察到表面有许多团聚的固体小颗粒，主要是生物质中含有一些灰分．此时的粒子壁很薄且易碎，较快的升温速率和温度能够引起快速的挥发分释放产生较大的内压，凝聚形成开链结构，从而形成较高的孔隙率[8]．当热解温度进一步提高到700 ℃时，焦炭变得比较脆，易碎，从电镜照片上可见焦炭很难保持原来的骨架结构，表面的孔状结构已经部分塌陷，这是由于较高的热解温度对生物质的焦炭进一步的分解所致．研究结果表明，焦炭的表面形态很大程度上取决于热解条件，同样的，热解产物分布也可能受到焦炭特性的影响[8]．在加热速率为20 ℃/m in，热解温度为550 ℃时焦炭有最大的比表面积．1）550 ℃以上热解产生的生物炭由于其高固定碳含量、低挥发分含量以及碳含量和最大的比表面积使其适合工业应用．H/C 和 O/C 的原子比随温度的升高逐渐下降，表明生物炭越来越碳质化．2）热解产物炭的FTIR表明生物炭中含有多种化合物，其中脂肪族和芳香族化合物占主导地位．3）生物炭热值在 19.75 ～ 23.25MJ kg1较高的范围内，可以用来制备烧烤炭．综上说明焦炭有作为高附加值能源产品的潜力．【相关文献】[1] 陆强，朱锡锋，李全新，等．生物质快速热解制备液体燃料 [J]．化学进展，2007，19（7/8）：1064-1071．[2] 杨素文，羊亿，陈建山，等．棉杆生物质真空热解液化制备生物油的研究 [J]．中南林业科技大学学报，2012，32：1．[3] 刘耀堂，李晓梦．我国农业秸秆的现状与利用方法 [J]．北方环境，2011（7）：1．[4]AntalM J，GronliM．Theart，scienceand technology ofcharcoalproduction[J]．Industrialand Engineering Chem istry，2003，42：1619-1640．[5]Enders A，Hanley K，Whitman T，et al．Characterization of biochars to evaluate recalcitrance and agronom ic performance[J]．Bioresource Technology，2012，114：644-653．[6] 陈冠益，方梦祥，骆仲泱，等．生物质固定床热解特性的试验研究与分析 [J]．太阳能学报，1999，20 （2）：122-129．[7] 赵超超，杜官本．操作条件对生物质热解的影响研究 [J]．林业机械与木工设备，2009，37 （5）：7-10．[8]Ozlem O．Influence of pyrolysis 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不同温度下棉杆颗粒热解制炭的性能研究

不同温度下棉杆颗粒热解制炭的性能研究贺强;孙姣;蔡雨辰;陈文义【摘要】为了考察不同热解温度下制备的棉杆颗粒炭(CSPB)的理化性能,评价其农业、工业等不同领域的应用价值和最佳工艺条件.分别采用FTIR分析、元素及工业分析、燃烧测试方法对热解温度在300℃、400℃、450℃、500℃、600℃下制备的CSPB的官能团、元素含量、表现特性及燃烧性能进行研究.结果表明,随着热解温度的升高,CSPB中羟基、脂肪族C-H键、羰基、醚类C-O键等含量逐渐减少,芳香族C=C键逐渐增多,与粉末炭相比其波数在2 000 cm-1以下的官能团峰值较大.热解温度对CSPB的性能影响显著,高温颗粒炭有较高的碳含量、固定碳含量、pH值、导电性和持水量,但其跌落强度、质量得率、能量得率、固定碳得率均相对较低,且高温颗粒炭的灰分大、着火点较高.综合考虑450℃热解温度下制备的CSPB性能较好,适用于颗粒活性炭、固体燃料等二次加工产品.【期刊名称】《河北工业大学学报》【年(卷),期】2015(044)002【总页数】7页(P81-86,114)【关键词】棉杆颗粒;热解温度;颗粒炭;性能测试;热解炭化【作者】贺强;孙姣;蔡雨辰;陈文义【作者单位】河北工业大学化工学院,天津300130;河北工业大学工程流动与过程强化研究中心,天津300130;河北工业大学化工学院,天津300130;河北工业大学工程流动与过程强化研究中心,天津300130;河北工业大学化工学院,天津300130;河北工业大学工程流动与过程强化研究中心,天津300130;河北工业大学化工学院,天津300130;河北工业大学工程流动与过程强化研究中心,天津300130【正文语种】中文【中图分类】TK6随着我国经济的发展，能源的需求日益增加．我国现阶段主要消耗的煤炭、石油等化石燃料极度短缺且对我国生态环境造成不同程度的损害．生物质炭是在无氧或限氧条件下将农林废弃物高温热解的产物．由于生物质热解制炭不仅可以满足固体燃料的需求，而且可以用作土壤改良剂、防磁材料、冶金还原剂、活性炭、永久固碳等，生物质热解制炭技术受到广泛研究[1-5]．农作物秸秆、木屑具有收集、运输困难、热值低等缺点，利用生物质成型技术可以改善秸秆能量密度，改善燃烧性能，便于贮藏和运输．2007年国家发展和改革委员会发布的《可再生能源中长期发展规划》目标是到2020年生物质固体成型燃料年用量要达到5 000万t．而秸秆颗粒用于热解制炭可以有效改善炭化设备性能，便于连续入料和出炭，减小运行阻力，降低能耗．进一步活化可以制成具有吸附性的颗粒活性炭，与粉末活性炭相比具有单位体积吸附量高、导热系数高、运输方便及无粉尘污染等优点[6-7]．因此，要对秸秆颗粒制炭工艺及颗粒炭性能深入研究，合理利用农林废弃物资源．现有生物质炭研究多为对炭粉等非颗粒炭的性能上[8-10]，对直接成型炭化制炭性能研究较少．Liu Zhijia等[11]只对竹颗粒炭进行质量、密度、耐久性、热值及简单的燃烧测试．朱金陵等[10]仅对不同炭化温度下玉米秸秆颗粒制炭的产炭量、工业分析、热值等进行研究．本文利用华北地区棉杆颗粒制炭，通过改变热解炭化温度，对收集的颗粒炭进行FTIR、质量、能量及固定碳得率、元素含量、吸水率、pH值、贮藏耐久性、燃烧性能等理化性能研究，以探求不同热解炭化温度下CSPB的应用价值与潜力．1.1 棉杆颗粒原料及颗粒炭的制备实验采用经压缩成型直径约8mm，密度约1.2 g/cm3的棉杆颗粒．棉杆颗粒通过Flash EA1112型全自动元素分析仪进行元素分析，原料工业分析根据GB/T212-2001煤的工业分析测定方法测定，测定结果见表1．实验系统由管式热解炉、温控系统、保护气体输送系统、热解气体冷凝系统以及产物收集装置5部分组成[9]．本文采用程序升温10℃/m in，保温时间30m in，热解温度为300℃、400℃、450℃、500℃和600℃来制备CSPB，分别记为B300、B400、B450、B500、B600．1.2 棉杆颗粒炭性能测试1.2.1 傅里叶红外光谱实验使用德国布鲁克光谱公司生产的VECTOR22型傅里叶红外光谱仪测试，样品和KBr一起制作压片，测定范围900～4 000 cm1，定性测量CSPB的官能团种类与变化．1.2.2 元素分析和工业分析的仪器和方法CSPB的元素分析在Flash EA1112型全自动元素分析仪上进行，氧元素含量通过差减法计算．颗粒炭工业分析根据GB/T17664-1999木炭和木炭试验方法测定，主要使用马弗炉、干燥箱、干燥器等设备．1.2.3 棉杆颗粒炭质量得率、能量得率和固定碳得率的计算质量得率、能量得率、固定碳得率是衡量生物质炭品质的重要指标，其数值分别由式(1)、式(2)[11]、式(3)[12]计算所得．式中：Yc、Ye、Yfc分别代表质量得率、能量得率、固定碳得率；m为质量；Q为低位热值；下标1、2分别表示原料和CSPB；FC为CSPB固定碳含量；A为原料灰分；下标d表示式中参数皆为干燥基值．1.2.4棉杆颗粒炭的表观特性本文以吸水率、跌落强度、pH值、电阻率等参数来表征CSPB的表观特性，这些参数对产品的运输、贮藏及应用等方面的表征至关重要．CSPB吸水率的测定参考GB/T12626.8-90硬质纤维板吸水率的测定方法，本实验采用24h吸水率的测定．运输和搬运过程中要考虑CSPB的强度承受能力，本文以跌落强度来衡量强度指标．参考GB/T15459-2006煤的落下强度，将相同质量不同热解温度的CSPB从86 cm高的桌子滚落钢板上4次，计算剩余炭与跌落前颗粒炭的质量比来表征跌落强度．pH值的测定主要参考GB/T12496.7-1999木质活性炭的测定方法，称取1g样品放入50m L锥形瓶中，加入20m L不含CO2的蒸馏水，缓和煮沸冷却后用复合电极测定pH值．电阻率的测定则采用万用表测量长度均为10mm的CSPB的电阻值，使用游标卡尺测量颗粒直径，按电阻率公式=R S/L计算其数值．其中：R为颗粒炭电阻；S为颗粒炭截面面积；L为颗粒炭长度．1.2.5 棉杆颗粒炭燃烧性能燃烧性能对固体燃料的性能至关重要．对普通生物质燃料燃烧性能的研究多采用热重氧化燃烧法，但热重分析样品仅10mg左右，无法对CSPB燃烧性能进行正确描述．本文将等质量不同热解炭化温度下的CSPB分别放入设定恒定燃烧温度为300℃、400℃、500℃、600℃的马弗炉中，打开炉门约15 cm，保证氧气充足，计算平均燃烧速率和热释放速率．计算公式分别为式(4)、式(5)[11]．式中：Cr、Hr分别为平均燃烧速率和热释放速率；m为质量；下标1、2分别表示燃烧前和燃烧后；t为燃烧时间；Qd为干燥基低位热值．1.3 数据处理所有数据均测量3次取平均值，使用Spss软件对所测数据进行显著性方差分析、并用Origin软件绘图．2.1 傅里叶光谱分析傅里叶光谱分析主要用于定性比较不同温度下颗粒炭振动吸收光谱，分析CSPB官能团变化对元素含量、吸水性、pH值、导电性等特性的影响．图1为B300至B600傅里叶光谱分析图，从图中可看出CSPB包含羟基、羰基、脂肪族C-H键、C=C键，烯族等C=C键，饱和及不饱和醚类C-O键等[8]．图中圈出波数在2300～2 400 cm1间存在较小的吸收峰为O=C=O键伸缩振动产生的[15]，主要是CSPB吸收自身热解或空气中CO2造成的干扰．CSPB波数在3 400～3 500 cm1处的吸收峰主要是酚羟基、醇羟基等，而从400℃开始-OH大量脱除，且随着热解温度的升高，脂肪族C-H键、羰基、醚类C-O键等官能团的含量均不断减少．其中羰基的减少主要是热解过程中羧酸等容易断裂释放大量的CO、CO2造成的[15]．波数在1 000～1200 cm1处的C-O伸缩振动主要是纤维素和半纤维素的特征峰[15]，而500℃热解制炭半纤维素和纤维素基本完全热解，因此B500和B600曲线C-O键峰值都较小．由于热解失重及新的芳香族C= C键的生成，随着热解温度的升高CSPB结构芳香化程度增大．对比Fu Peng[8]和潘萌娇等[9]关于棉杆傅里叶光谱分析，波数在2 000～4 000 cm1范围内峰值和变化趋势基本一致，而波数在2 000 cm1以下羰基、芳香族C=C键等峰值较高，可能是颗粒类原料热解抑制挥发分逸出，此类官能团不易脱除或有新的此类官能团生成．2.2 棉杆颗粒炭元素组成及工业分析生物质热解生产棉杆炭的目的之一就是脱除原料中大量的氧元素，提高燃料热值和燃烧性能．而燃料的热值又与生物质炭中各元素含量有关．由表2可见，碳元素含量随着热解温度的升高不断增加，而氢元素、氧元素、氮元素的含量不断减少，其中温度从300℃升高至600℃时氧元素的含量从9.03%降低至2.58%，脱除氧元素后，热值也从原料的14.28MJ/kg提升至19M J/kg以上，这与潘萌娇等[9]粉末炭趋势一致．CSPB氢元素与氧元素含量的降低主要是羟基（-OH）、羰基（C=O）、羧基（-COOH）等含氢、氧元素官能团的脱除（图1）．CSPB的热值在较小范围内波动，均在19M J/kg以上，因此用作燃料时除考虑热值外还要考虑产量的影响．（C+H）/O物质的量比值大小表明颗粒炭的还原性能的高低[16]，600℃时比值急剧上升到32.92，考虑用作冶金还原炭时，应选择较高的热解终温．半纤维素、纤维素、木质素热解失重范围分别为220～315℃、315～400℃、160～900℃[17]，表3为CSPB的工业分析，从中可以看出随着热解温度的升高CSPB挥发分逐渐减少，600℃时挥发分急剧降低至4.20%，500℃前挥发分较高主要是成型颗粒阻碍了传热速率及逸出速度，之后被推迟的大部分半纤维素和纤维素被热解，形成不凝结的气体和热解焦油．这也是600℃前获得最大焦油产量的原因．由于热解过程中不断失重，颗粒炭中的灰分相对比值不断增加，而挥发分和灰分共同决定固定碳的含量，随热解温度的升高固定碳含量不断增加．由朱金陵等[12]玉米秸秆颗粒灰分含量及表3发现颗粒炭的灰分都较高，可能是成型过程中夹杂细小颗粒，导致本身原料灰分就较高．Peng Fu等[8]非颗粒棉杆灰分仅为2.7%，因此要严格控制成型颗粒环境，必要时需要脱灰处理．2.3 热解温度对棉杆颗粒炭质量得率、能量得率及固定碳得率的影响由式(1)、式(2)、式(3)计算得到CSPB的质量得率、能量得率、固定碳得率如图2所示．由图2可见，热解温度从300℃到400℃质量得率和能量得率迅速下降，之后趋于缓慢，这和生物质半纤维素、纤维素、木质素组成热解分布范围一致．相同条件下颗粒炭与普通棉杆炭相比质量得率明显增加[9]．固定碳得率是能真正反映生物质炭有效物质含量的指标之一，图中450℃时固定碳得率最高，达到23.88%，且热值较高，为19.41MJ/kg（表2），达到褐煤标准．考虑到颗粒炭内部孔隙破坏程度、能源利用率及经济性，选择450℃为颗粒活性炭、固体燃料等二次加工产品的最佳热解温度．2.4 棉杆颗粒炭表观性能CSPB生产后要考虑其贮藏及运输性能，由于棉杆热解炭化后体积收缩，便于运输过程中节省空间．由表4中CSPB的表观特性可得，热解温度从300℃升高至600℃时CSPB相对于原料的体积收缩率从30.09%增加到48.22%，600℃时体积收缩将近一半．从表4可以观察到450℃前CSPB跌落强度均在98%以上，能够满足强度要求；500℃和600℃发现CSPB跌落时出现较明显的断裂现象．主要是由于棉杆颗粒利用自身木质素充当粘合剂，而在较高的热解温度下木质素结构受到破坏．因此要注意高温热解颗粒炭的运输和搬运．若需要更高温度颗粒炭时应考虑原料成型压力、添加粘结剂等．pH值对CSPB运输和贮藏有较大影响，对酸性土壤有良好的改善作用，可以减少石灰等碱性物质的喷洒．从表4可以看出随着热解温度的升高，pH值不断增大．生物质炭中碳酸盐和-COO-和-O-等官能团是其显碱性的主要原因，随着热解温度的升高碳酸盐的贡献增加，含氧官能团贡献呈相反趋势[10]．由图1可见，随着热解温度的升高，含氧官能团大量脱除，灰分含量也不断增加（表3），均会引起pH值的增大．吸水率也可换算成持水量，前者主要考虑运输和贮藏，希望越小越好，后者主要考虑对土壤等持水量，越大越好．由表4可见，热解温度为500℃以前，随着热解温度的升高CSPB的吸水率逐渐降低，即疏水性提高．主要是由于-OH、-COOH （图1）等亲水基的脱除．但600℃时吸水率达到46.06%，是由于高温生物质炭孔隙增大、增多，从而比表面积增加，有较高的持水能力．CSPB的电阻率与导电性为倒数关系，而导电性与其炭化程度正相关，良好的导电性（小于10m）可以用作电磁屏蔽材料，1000℃下的生物质炭主要是无定型炭，其主要导电原理是离子导电[3-4]．不同热解温度下颗粒炭电阻率从无法检测骤降至0.88m（表4），相比邵千钧等[4]热解温度为600℃下粉末状竹炭电阻率24.74m要低得多，但与石墨导电性相比差距较大．从图1可以看出随热解温度的升高羟基、甲基的大量脱除，大量芳香族C=C键的生成及含氧活性基团的表面负电荷均增强了颗粒炭的导电性．此外，温度升高，灰分增大，灰分中的可溶性盐可以促进离子移动，与表3结果一致，这也是引起颗粒炭导电性增强的一个原因．2.5 棉杆颗粒炭燃烧性能对CSPB进行燃烧测试计算得到的平均燃烧速率和热释放速率如图3和图4所示．由图3可见，马弗炉恒定燃烧温度为300℃时B500、B600平均燃烧速率较低，颗粒炭表面几乎未燃烧，即未达到着火点．恒定燃烧温度400℃时B500迅速燃烧，B600也开始进入燃烧阶段．随着恒定燃烧温度的提高B300至B600平均燃烧速率逐渐提高，且相同恒定燃烧温度下热解温度越低颗粒炭平均燃烧速率越快．相比而言原料的平均燃烧速率最高，受恒定燃烧温度的影响较小，着火点较低．挥发分含量越大，其着火点越低，平均燃烧速率也就越快，与表3结果一致．图4中热释放速率曲线与平均燃烧速率曲线趋势几乎一致，与平均燃烧速率相比，原料与颗粒炭的热释放速率差距减小，主要是因为式(5)中原料热值较低，而颗粒炭的热值较高且在很小范围内变化．颗粒炭用途不同对平均燃烧速率和热释放速率的要求不同，并不是越快越好．烧烤炭、蚊香等需要稳定燃烧和维持较长的燃烧时间，锅炉燃烧过程中燃烧速率过快可能导致供氧不足，造成不完全燃烧．而烟花等用途的炭产品需要较快的燃烧速率．热解温度为450℃时CSPB的平均燃烧速率和热释放速率适中，着火点低，且综合考虑其热值、灰分含量等指标满足不同燃料燃烧性能．1）随着热解温度的升高，CSPB中羟基、脂肪族C-H键、羰基、醚类C-O键等含量逐渐减少，脂肪族和芳香族C=C键逐渐增多．这与普通棉杆炭结论相似，但其波数在2000 cm1前羰基、芳香族C=C键峰值相对较高．2）随着热解温度的升高由于CSPB中羟基、羧基、羰基等含氢、氧官能团的脱除，氢、氧元素不断降低，颗粒炭较相同条件下粉末炭的灰分含量高，根据不同用途需要脱灰处理．3）热解温度在450℃时，CSPB跌落强度较高、吸水率和pH值较低，运输贮藏性能较好；且此时质量得率和能量得率适中、固定碳得率及热值较高．综合考虑450℃为烧烤炭、蚊香及活性炭等二次加工产品的最佳热解温度．4）恒定燃烧温度为300℃时B500、B600均未达到着火点，随着热解温度的升高，颗粒炭的平均燃烧速率和热释放速率均逐渐降低，有利于延长燃烧时间，提高热效率．【相关文献】[1]Steiner C，Wenceslau G，Lehmann J，etal．Long term effectsofmanure，charcoalandmineral fertilization on crop production and fertility on a highlyweathered Centralmazonian upland soil[J]．Plantand Soil，2007，291（1/2）：275-290．[2]M alghaniS，G leixnerG，Trumbore SE．Charsproduced by slow pyrolysisand hydrothermalcarbonization vary in carbon sequestration potentialand greenhousegasesemissions[J]．SoilBiology and Biochemistry，2013，62：137-146．[3]刘继驰．生物质焦炭制备及导电性研究[D]．南京：东南大学，2010．[4]邵千钧，徐群芳，范志伟，等．竹炭导电率及高导电率竹炭制备工艺研究[J]．林产化学与工，2002，22（2）：54-56．[5]ThomasGriessacher，Jurgen Antrekowitsch，Stefan Steinlechner．Charcoalfrom agriculturalresiduesasalternativereducingagentinmetalrecycling [J]．biomassand bioenergy，2012，39：139-146．[6]闫新龙，刘欣梅，乔柯，等．成型活性炭制备技术研究进展[J]．化工进展，2008，27（12）：1868-1872．[7]袁婉丽．生物质颗粒活性炭关联脱除烟气污染物的实验研究[D]．青岛：青岛大学，2011．[8]Fu Peng，Hu Song，Xiang Jun，etal．Study on thegasevolutionandcharstructuralchangeduring pyrolysisof cottonstalk[J]．JournalofAnalytical and Applied Pyrolysis，2012，97：130-136．[9]潘萌娇，孙姣，贺强，等．热解终温和升温速率对棉杆热解生物炭的影响研究[J]．河北工业大学学报，2014，43（5）：60-65．[10]Yuan JH，XuRK，ZhangH．The forms 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不同热解温度对生物质炭化学性质的影响

不同热解温度对生物质炭化学性质的影响作者：尹云锋等来源：《热带作物学报》2014年第08期摘要本实验以杉木（Cunninghamia lanceolata）和木荷（Schima superba）的凋落物为研究材料，选择不同热解温度（250、350、450、550、650和750 ℃）分别制备生物质炭，研究不同热解温度以及不同材料对生物质炭化学性质的影响。

结果表明，生物质炭的含碳量、C/N比和灰分随热解温度的升高而呈增加趋势，但可溶性碳含量和挥发性物质则随温度的升高而呈现下降的变化。

2种材料制备的生物质炭的pH值介于5.96～11.93之间。

回归分析发现，2种类型生物质炭，挥发性物质与热解温度呈现了极显著的线性关系（p关键词生物质炭；热解温度；化学性质；黑碳中图分类号 S153 文献标识码 AInfluence of Different Pyrolysis Temperature onChemical Properties of BiocharYIN Yunfeng， ZHANG Peng， LEI Haidi， MA Hongliang， GAO RenCollege of Geographical Sciences， Fujian Normal University， Fuzhou， Fujian 350007，ChinaAbstract The aim of this study was to investigate the influence of pyrolysis temperature on the chemical properties of biochars. Biochars were produced by pyrolysis of Schima superba and Cunninghamia lanceolata litters in the laboratory at six temperatures（250， 350， 450， 550， 650 and 750 ℃）. The results showed that the carbon content， C/N ratio and ash content of biochars increased with increasing pyrolysis temperature， while dissolved organic carbon and volatile matter decreased. The pH value of biochars ranged from 5.96 to 11.93. There was a significant relationship between volatile matter content and pyrolysis temperature. The contents of ash， carbon， and volatile matter were not significant， but the contents of nitrogen and dissolved organic carbon， and C/N ratio were significant between two types of biochar（produced from S. superba and C. lanceolata litters）under the same pyrolysis temperature.Key words Biochar； Pyrolysis temperature； Chemical properties； Black carbondoi 10.3969/j.issn.1000-2561.2014.08.008生物质炭（biochar）是生物质材料在低氧或厌氧条件下经高温热解而形成的一类物质[1-3]。

棉秆颗粒燃料热解实验与热风点火实验

棉秆颗粒燃料热解实验与热风点火实验高贵凤【期刊名称】《《煤气与热力》》【年(卷),期】2019(039)010【总页数】8页(P35-42)【关键词】生物质颗料燃料; 热风点火; 燃烧炉; 热风速度; 热风温度【作者】高贵凤【作者单位】山东英才学院建筑工程学院山东济南250104【正文语种】中文【中图分类】TK621 概述生物质能源属于可再生能源，由于在能源化利用过程中释放的碳与其生长过程中固定的碳相等，可以实现二氧化碳的零排放，因此，受到了世界各国的普遍关注[1-2]。

生物质颗粒燃料是将密度小的原生物质经过机械加压，使原来松散、无定形的原料压缩成具有一定形状、密度较大的固体生物质成型颗粒燃料，见图1。

因其是机械加压制成，具有密度大、易储存等优点，被广泛地应用于燃烧设备中[3-4]。

国内外学者对生物质的热解、点火和燃烧过程进行了很多研究，形成了一系列较为成熟的理论[5-9]。

图1 生物质颗粒燃料目前，以生物质颗粒为燃料的家用燃烧炉，在市场上已经并不鲜见，种类也由早期的家庭炊事炉和小型供暖炉扩展到现在的热水炉、炊事供暖两用炉和燃烧机等。

这些设备在燃烧与控制等方面的技术，都已经成熟。

但是，在点火方面，各类产品都存在点火过程慢、点火棒工作时间长、能耗高、点火过程排烟多、点火环境恶劣、点火过程不稳定等问题[10-11]。

为了解决上述问题，本文对棉秆类物质颗粒燃料的点火问题进行实验研究，通过热风点火实验确定合适的热风温度及热风速度，为小型家用生物质颗粒燃烧炉的点火设备研究提供理论指导。

2 棉秆颗粒的工业分析及热解实验2.1 棉秆颗粒的工业分析工业分析的实验装置包括煤质分析仪(见图2)和研钵。

用研钵将棉秆颗粒研磨成粉末，用煤质分析仪对生物质粉末进行工业分析。

图2 煤质分析仪棉秆的工业分析数据见表1。

表1 棉秆的工业分析数据水分质量分数/%7.14挥发分质量分数/%60.48固定碳质量分数/%17.74灰分质量分数/%14.64从表1可以看出，棉秆颗粒中的挥发分质量分数远高于固定碳。