烘焙温度和停留时间对生物炭特性的影响
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
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。
不同炭化温度下杉木生物炭产率及特性比较
不同炭化温度下杉木生物炭产率及特性比较孟李群;张云鹏;苏漳文;刘青;贾亚运;刘爱琴【摘要】为探讨炼山后杉木各组分残余物性质特征，以杉木不同组分（枝、叶、皮、根）为试验材料，运用室内模拟方法，采用限氧升温炭化法，进行杉木各组分在不同的炭化温度下所得生物炭的特性比较研究。
结果表明：随着炭化温度的升高，杉木各组分的生物炭的产率和水分逐渐降低，而灰分含量逐渐增加，其中在300～400℃温度范围内，杉木枝、根、皮、叶的生物炭的产率的降幅最大，分别达到33.22％、33.50％、32.85％、40.68％；杉木各组分生物炭的N、C含量皆随着炭化温度的升高而增加，而以杉木叶的生物炭（ LC） N、Mg含量最高，最大分别达到1.71％、33.48 g· kg-1；在同一炭化温度下，杉木枝的生物炭（BC）的C含量明显高于其他组分生物炭，杉木皮的生物炭（ WC）的Fe、Ca含量高于杉木其他组分生物炭。
%In order to explore the nature of the residue about Chinese Fir components after controlled burning ,put Chinese fir differ-ent components (Branch,Leaf,Bark,Root)as experimental materials,use the method of indoor simulation and heating carbonization method utilizing limited oxygen.To compare the characteristics of biochar at different carbonization temperatures of components for Chinese Fir.The Results showed that in the different processing of biochar ,with the increase of carbonization temperature ,all kinds of Chinese fir biochar production rate and moisture was gradually reduced , and the ash content increased , The carbon yield of fir branches,roots,bark and leaf components were declined largely at 300~400 ℃,Reached 33.22%,33.50%,32.85%and40.68%respectively.With the increase of carbonization temperature ,allkinds of Chinese Fir biochar N ,C content increased ,and preparation by the Chinese fir leaves biochar ( LC) N content and Mg content were the highest ,reached 1.71% and 33.48 g· kg -1.In addi-tion,at the same carbonization temperature ,the C content of Chinese Fir branches biochar ( BC) was obviously higher than other bio-char,and the Fe and Ca contents of Chinese Fir bark biochar (WC) were obviously higher than other Chinese Fir biochar.【期刊名称】《福建林业科技》【年(卷),期】2014(000)002【总页数】4页(P38-41)【关键词】杉木;生物炭;裂解;特性【作者】孟李群;张云鹏;苏漳文;刘青;贾亚运;刘爱琴【作者单位】福建农林大学林学院，福建福州350002;福建农林大学林学院，福建福州350002;福建农林大学林学院，福建福州350002;福建农林大学林学院，福建福州350002;福建农林大学林学院，福建福州350002;福建农林大学林学院，福建福州350002【正文语种】中文【中图分类】S791.27生物炭(或生物质炭，Biochar)是指生物质在完全或部分缺氧的条件下，经高温热解(<700 ℃)产生的一种性质稳定、含碳量极其丰富的固态物质[1-2]，具有良好的环境效应和生态效应，已成为一种新型的环境功能材料。
生物质原料烘焙预处理研究
生物质原料烘焙预处理研究凌云逸;孙锲;Ronald Wennersten【摘要】烘焙预处理是生物质气化或混合煤炭燃烧之前的预热处理过程.综述国外研究资料的基础上,建立了包括质量产率、能量产率、高热值、氧碳比、含水量、研磨能耗等6项参数在内的综合评价指标和标准,研究了草芦、秸秆、松木屑、锯末、柳树木屑等生物质原料的烘焙预处理方式.研究发现:松木屑、锯末、秸秆的理想烘焙条件为:烘焙时间0.5h,烘焙温度依次为250～275℃、250℃、230～250℃;柳树木屑的理想烘焙条件为:烘焙时间1h、烘焙温度230℃.草芦在各烘焙条件下均无法达到标准水平.【期刊名称】《能源与环境》【年(卷),期】2015(000)004【总页数】3页(P85-87)【关键词】生物质;烘焙预处理;评价标准;烘焙时间;烘焙温度【作者】凌云逸;孙锲;Ronald Wennersten【作者单位】山东大学能源与动力工程学院山东济南250061;山东大学能源与动力工程学院山东济南250061;山东大学热科学与工程研究中心山东济南250061;山东大学热科学与工程研究中心山东济南250061【正文语种】中文【中图分类】TK691 引言随着传统化石能源的逐步枯竭和环境问题的日益恶化，积极开发和利用可再生能源成为各国能源发展的重要战略。
生物质能是太阳能以化学能形式贮存在生物质内的能量形式，其燃烧产生的CO2为植物通过光合作用所吸收的，可实现二氧化碳零排放，且其原料广泛来源于农林废弃物，因此具有环境友好和节能减排的双重作用，对于实现可持续发展具有重要意义。
开发和利用生物质能需要解决一系列和其本身性质有关的问题。
例如：生物质一般具有较高的含水量和较低的能量密度，因此利用效率和相应的运输存储成本较高；强韧的纤维结构增加了加工利用的工艺难度等［1］。
烘焙预处理技术是一种提升生物质燃料品质的重要技术，通过烘焙预处理可以有效地减轻或者解决上述问题［1］。
不同温度制备生物炭的热解产物特征
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。
然而不同温度制备生物炭的热解产物, 其相对含量具有明显的差异。低温制备(≤350 ℃)的生物炭热解产物
而含硫化合物仅在 PW 中检出。这些结果表明, 制备温度和原料均对生物炭的化学特征具有明显的影响, 这
对于生物炭的制备和应用等具有参考意义。
关键词: 生物质; 生物炭; 热解-气相色谱/质谱; 制备温度; 酚类化合物
中图分类号: P593
文献标识码: A
DOI: 10.19700/j.0379-1726.2019.05.008
Key words: biomass; biochar; Py-GC/MS; produced temperature; phenolic compound
0引言
生物炭是生物质材料(如秸秆、木材等)在无氧或 限氧条件下热解产生的高含碳量固体物质[1]。近年 来, 生物炭因其在农业、环境管理和碳封存等方面 的应用而受到越来越多的关注[2]。许多研究表明, 在 土壤中施用生物炭可以保持养分和水分, 提高土壤 肥力和作物生产力[3], 减少污染物质的迁移[4]。此外, 生物炭的高稳定性使其能够在土壤中长期封存, 从 而减少温室气体排放[2]。然而, 生物炭在土壤环境中 的行为很大程度上依赖于生物炭本身固有的特性和 土壤环境条件等因素。因此对生物炭的使用需要对 其化学特性进行充分研究, 以评估其环境行为和稳 定性。
第 48 卷 第 5 期 2019 年 9 月
GEOCHIMICA
Vol.48, No.5, 511–520 Sept., 2019
温度对玉米秸秆成型颗粒烘焙制备生物炭及其特性的影响
第35卷第1期农业工程学报V ol.35 No.1220 2019年1月Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering Jan. 2019 温度对玉米秸秆成型颗粒烘焙制备生物炭及其特性的影响范方宇1,2，李晗1，邢献军2※（1. 西南林业大学西南山地森林资源保育与利用教育部重点实验室，昆明 650224；2. 合肥工业大学先进能源技术与装备研究院，合肥 230009）摘要：采用低温烘焙技术制备玉米秸秆成型生物炭，可解决玉米秸秆带来的环境污染及资源浪费。
研究以玉米秸秆成型颗粒为原料，利用固定床反应器，制备了不同烘焙温度（250～400 ℃）成型生物炭，采用元素分析、工业分析、能量产率、质量产率、机械性能、疏水性、红外光谱（Fourier transform infrared spectroscopy，FTIR）、扫描电镜（Scanning electron microscopy，SEM）、元素K含量等分析生物炭特性。
随烘焙温度升高，热值增加，能量产率降低，400 ℃时，成型生物炭热值为21.86 MJ/kg，能量产率为50.17%。
成型生物炭颗粒表面裂纹增多，机械性能降低，350 ℃烘焙成型生物炭（CSP350）机械性能好于400 ℃烘焙成型生物炭（CSP400），低于成型生物质颗。
烘焙生物炭疏水性提升，可贮藏于室外。
成型玉米秸秆经烘焙热解发生了脱水、脱羰基、脱甲基反应，纤维素、半纤维素热解剧烈，木质素开始热解。
随温度升高，其孔径呈下降趋势，比表面积增大。
结果表明，玉米秸秆成型烘焙生物炭可作为优质生物燃料，适宜制备温度为300～350 ℃。
关键词：秸秆；机械特性；生物炭；成型颗粒；烘焙；生物燃料doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.01.027中图分类号：TK6 文献标志码：A 文章编号：1002-6819(2019)-01-0220-07范方宇，李晗，邢献军. 温度对玉米秸秆成型颗粒烘焙制备生物炭及其特性的影响[J]. 农业工程学报，2019，35(1)：220－226. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.01.027 Fan Fangyu, Li Han, Xing Xianjun. Effect of temperature on preparation and characteristics of corn straw pellets torrefaction biochar[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2019, 35(1): 220－226.(in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.01.027 0 引 言生物质成型颗粒是生物质经粉碎、干燥、机械加压等过程将松散、细小的生物质废弃物压缩成形状规则、能量密度大的固体生物质燃料，其机理为依靠挤压作用产生的热量，将木质素与生物质中的水相互作用产生塑化粘结作用[1-2]。
烘焙对生物质热化学转化特性影响的研究进展
第6卷第1期新能源进展Vol. 6 No. 12018年2月ADVANCES IN NEW AND RENEWABLE ENERGY Feb. 2018文章编号：2095-560X（2018）01-0026-10烘焙对生物质热化学转化特性影响的研究进展*胡双清1,2,3,4，王亚琢1,2,3，刁兴兴5，顾菁1,2,3†，袁浩然1,2,3（1. 中国科学院广州能源研究所，广州 510640；2. 中国科学院可再生能源重点实验室，广州 510640；3. 广东省新能源和可再生能源研究开发与应用重点实验室，广州 510640；4. 广东工业大学，广州 511400；5. 深圳市利赛实业发展有限公司，广东深圳 518000）摘 要：生物质是可再生能源的重要组成部分，储量巨大，但其含水量高、能量密度和热值低等缺点致使其研磨难度大、存储运输不便，难以资源化利用。
本文对烘焙预处理技术的过程及特点、能耗分析和较为理想的烘焙标准进行了简述；并重点阐述了烘焙对生物质燃烧、热解和气化特性影响的研究进展。
经烘焙处理后的生物质在炉膛内可快速、稳定燃烧，炉内温度迅速升高，产生的烟气量减少；热解产生的生物质焦油中水和乙酸含量明显减少，苯酚含量增加，热值总体升高；气化合成气品质明显提升，能量密度增大，总气化效率显著提高。
此外，对烘焙预处理技术在城市固体废弃物处理的应用进行了简要的概述，并对其在生物质和城市固体废弃物研究方向上进行了展望。
关键词：生物质；烘焙；燃烧；热解；气化；城市固体废弃物中图分类号：TK09；X705 文献标志码：A doi：10.3969/j.issn.2095-560X.2018.01.005Progress in the Effect of Torrefaction on ThermochemicalProperties of BiomassHU Shuang-qing1,2,3,4, WANG Ya-zhuo1,2,3, DIAO Xing-xing5,GU Jing1,2,3, YUAN Hao-ran1,2,3(1. Guangzhou Institute of Energy Conversion, Chinese Academy of Sciences, Guangzhou 510640, China;2. CAS Key Laboratory of Renewable Energy, Guangzhou 510640, China;3. Guangdong Provincial Key Laboratory of New and Renewable Energy Research and Development, Guangzhou 510640, China;4. Guangdong University of Technology, Guangzhou 511400, China;5. Shenzhen City Industrial Development Co. Pharisees, Shenzhen 518000, Guangdong, China)Abstract: Biomass is one important part of renewable energy with huge reserves, but difficult to grind, store and transport,and utilize due to its high water content, low energy density and low calorific value.In this paper, the process andcharacteristics of torrefaction pretreatment technology, energy consumption analysis and the ideal torrefaction standardswere briefly described. The research progress of torrefaction effect on biomass combustion, pyrolysis and gasification werehighlighted. After the torrefaction process, the biomass can be burned quickly and stably in the furnace, the temperaturerose rapidly and the flue gas volume reduced; the water and acetic acid content in the biomass tar dramatically decreased,the phenol content increased, and the overall calorific value increased. The synthesis gas quality was enhanced, and theenergy density increased, the total gasification efficiency was significantly improved. Moreover, the research progress inpretreatment technology for torrefaction of urban solid waste was briefly discussed. A new prospect in the researchdirection of biomass and urban solid waste pretreatment technology for torrefaction was also presented.Key words: biomass; torrefaction; combustion; pyrolysis; gasification; municipal solid waste*收稿日期：2017-09-27修订日期：2017-11-26基金项目：国家自然科学基金青年科学基金项目（51606200）；中国科学院青年创新促进会项目（2014320）；“广东特支计划”科技青年拔尖人才项目（2014TQ01Z379）；江苏省生物质能源与材料重点实验室开放基金项目（JSBEM201609）；广东省省级科技计划项目（2017A010104021，2015B090904009）† 通信作者：顾菁，E-mail：gujing@第1期胡双清等：烘焙对生物质热化学转化特性影响的研究进展 270 引言生物质能是绿色植物吸收太阳能和CO2，经光合作用将其转化成化学能，长久贮藏在生物质体内的一种能量形式。
生物质炭和温度的关系
生物质炭和温度的关系
我跟您说啊，这生物质炭和温度，那关系可大着呢！
您想啊，温度低的时候，那生物质炭的形成过程就慢悠悠的。
就好比咱做饭，火小了，饭熟得就慢，这生物质炭也是这个理儿。
温度不够，它转化得就不利索，质量也不咋地。
要是温度高起来呢，嘿！那情况又不一样了。
温度一高，这生物质炭就像被打了鸡血似的，反应速度蹭蹭往上蹿。
不过您别以为温度越高就越好，太高了也不行，容易把这生物质炭给“烧糊”喽。
我就曾经专门盯着温度变化对生物质炭的影响，那场面，可有意思啦。
温度慢慢升起来的时候，感觉这生物质炭就像个小孩子，一点点地在成长变化。
周围的空气都好像跟着紧张起来，就盼着能有个好结果。
您说这温度和生物质炭的关系是不是特别奇妙？咱可得好好研究研究，把这里面的门道都弄清楚喽！。
炭化温度对3种果核类生物炭特性的影响
炭化温度对3种果核类生物炭特性的影响彭友舜;秦兆文;杨敬波【摘要】以葡萄籽、山楂籽、樱桃籽为原材料,在氩气保护下,设置不同温度采用程序升温法制备生物炭,并进行理化性质表征及对Pb2+最大吸附量试验,研究制备温度对3种果核类生物炭的理化性质及其特性的影响.结果表明,随着热解温度的升高,3种果核类生物炭的pH值、灰分含量、比表面积及碳含量均逐渐增大,产率及氢、氧、氮含量逐渐减小;在650、450、350℃条件下制备出的葡萄籽、山楂籽、樱桃籽生物炭对Pb2+吸附效果最佳.随炭化温度升高,生物炭的比表面积逐渐增加,孔隙数量增加,结构发展更完整;脂肪族基团数量逐渐减少,芳香族基团数量逐渐增加,芳香化程度增强.【期刊名称】《江苏农业科学》【年(卷),期】2018(046)023【总页数】5页(P304-307,317)【关键词】生物炭;葡萄籽;山楂籽;樱桃籽;果核;炭化温度;特性【作者】彭友舜;秦兆文;杨敬波【作者单位】河北科技师范学院,河北秦皇岛06600;河北科技师范学院,河北秦皇岛06600;河北科技师范学院,河北秦皇岛06600【正文语种】中文【中图分类】X712将农产品加工废弃物在限氧热解条件下制备生物炭，对于减少温室气体排放[1]、土壤改良[2-3]等具有重大意义。
不仅如此，越来越多研究表明，生物炭作为一种富碳、细颗粒、多孔材料[4]，在吸附水、固定土壤中重金属离子[5]、有机污染物[6]等方面具有巨大潜力。
目前，国内外以农作物秸秆、农业残渣、动物粪便、污泥等为原料，对其制备生物炭的制备方法、条件以及理化特性等均进行了不同程度的研究。
周丹丹等以花生壳、松木屑为原料，采用限氧升温炭化法，在200～500 ℃热裂解制得8种生物炭，并对其进行了表征[7]。
吴诗雪[8]等以凤眼莲、稻草、污泥为原料，在250～550 ℃下热解制备生物炭，并对其形貌特征、元素组成等进行了表征，随着热解温度的升高，生物炭产率下降，碳含量升高，氢、氧比例降低。
裂解温度对海南不同材料生物炭理化特性的影响
裂解温度对海南不同材料生物炭理化特性的影响作者：朱启林索龙刘丽君张雪彬刘金霞孟磊何秋香柯用春来源：《热带作物学报》2022年第01期摘要：为探求热带地区生物质在制备生物炭时对温度的响应，以热带地区植物桉树、橡胶树和椰糠为原料，在300、500和700℃下制备成桉树炭（E）、橡胶树炭（RT）和椰糠炭（SC），利用元素分析仪、扫描电镜（SEM）、X射线能谱分析仪（EDS）和傅立叶红外光谱分析仪（FTIR）等研究不同裂解温度对生物炭的酸碱度、结构及元素组成和含量的影响。
结果表明，随裂解温度升高，3种生物炭的灰分含量和pH均升高，其中300～500℃的增幅（17.60%～27.59%）要明显高于500～700℃（4.97%～10.47%）;3种材料生物炭对比，裂解温度为300和500℃时，pH值E>SC>RT，温度为700℃时SC>E>RT。
随温度升高，3种生物炭的产量降低，各温度下，SC的产率明显高于E和RT。
C/N对比，各温度条件下均为RT>E>SC。
SC含有更多的元素，而E和RT的C含量更高。
裂解温度在300～500℃时，E和RT的-OH振动峰（3432 cm‒1）随温度升高而升高，温度升高至700℃，峰值出现降低;SC在300～700℃内，-OH振动峰随温度升高而升高。
波数在1659～1744 cm‒1时，E和RT的C=C 振动峰在300～500℃时，随温度升高而升高，此时，温度再升高，峰值差异不大，SC在300～700℃内，峰值随温度升高而升高。
2800～3000 cm‒1，脂肪族的CH3和CH2基团出现，裂解温度高于500℃时，E的振动峰与700℃基本持平，而RT的振动峰在700℃出现了降低。
785～880 cm‒1波段的吸收峰为芳环C-H弯曲振动，裂解温度高于500℃时，随温度升高，3种原料所形成的振动峰均降低。
本研究结果显示，椰糠制备的生物炭其元素组成、表面特征以及官能团与桉树和橡胶树制备的生物炭存在较大差异性，且对裂解温度的响应更敏感。
烘焙条件对生物质烘焙特性的影响
烘焙条件对生物质烘焙特性的影响摘要：根据生物质种类，选取果实类生物质花生壳、木质类生物质锯末和草本类生物质竹子为对象，考察烘焙条件对生物质特性的影响。
利用管式炉为烘焙实验主要装置，结合工业分析仪、元素分析仪等，考察三种生物质在烘焙温度为200~300℃和时间为30~90min条件下烘焙产物的挥发分、固定碳含量、O/C和H/C、质量产率等，并引入烘焙程度指数来衡量烘焙前后的能量变化。
实验结果表明：随着烘焙温度的升高，固定碳含量增加到40%以上，挥发分含量减少到50%以下，质量产率也随之下降。
烘焙时间的影响弱于烘焙温度，随着烘焙温度的升高，烘焙时间对固体产率的影响逐渐显现，烘焙时间越长，固体产率越低。
烘焙温度高于280℃、时间大于60min时，烘焙后固体的能量产率仅为70%左右。
O/C和H/C 随烘焙温度升高而降低，草本类生物质竹子的能量产率受温度影响最大。
果实类生物质花生壳、木质类生物质锯末的能量产率随烘焙程度指数增大而减小，而草本类生物质竹子的能量产率则呈先增后减的抛物线型，在烘焙程度为0.5时，竹子的能量产率达到最大值。
各生物质烘焙程度指数的R2值均大于0.93，因此烘焙程度指数可被视为描述或预测生物质烘焙性能的可行指标。
引言烘焙技术通常是指在常压无氧条件下，对生物质在200~300℃范围内进行慢速热解，从而得到固体燃料的生物质预处理和燃料升级技术[1]。
烘焙技术可以解决生物质燃料直接燃烧能量损失较大的问题。
BRIDGEMAN等[2]对小麦秸秆进行烘焙，结果表明烘焙后样品的碳含量上升，氧含量降低，热值增加，挥发分含量逐渐减少，而灰分和固定碳含量大幅上升。
PRINS等[3]对落叶松进行烘焙，结果表明落叶松在280℃烘焙后热值提高了20%，烘焙效果最好。
WILK等[4]分析不同预处理过程对巨芒草燃料特性的影响，与原始生物质相比，所获得的烘焙后产物的可燃特性得到改善，碳含量大幅增加。
蒋恩臣等[5]对锯末成型块进行研究，在热解温度260~270℃、热解时间为4h左右所得产品燃料特性最佳。
玉米秸秆炭与炭化温度和时间的关系
玉米秸秆炭与炭化温度和时间的关系牛明芬;刘欢;张玉兰;周建宇【摘要】[目的]筛选出最适宜炭化温度和时间条件下的生物炭.[方法]以玉米秸秆为生物质炭制作原料,对比研究不同炭化温度(350、450、550℃)和时间(1.5、2.0、2.5 h)制备的玉米秸秆炭的pH、电导率等特性及有机质、氮、磷、钾等元素含量及其间的相互关系.[结果]玉米秸秆炭有机质含量随炭化温度的升高和时间的延长而降低[62.23％(350℃)＞48.52％(450℃)＞35.78％(550℃)];在350℃炭化温度下pH随着时间的延长而增大,450和550℃炭化温度下pH基本保持在10左右;电导率随炭化温度和炭化温度的变化不明显,炭化温度350℃对玉米秸秆炭电导率的影响相对较大.玉米秸秆炭中速效钾含量随着温度的升高和时间的延长逐渐增加,全氮和碱解氮则相反,速效磷含量较高,表现出574.53 mg/kg(450℃)＞493.75mg/kg(350℃)＞283.98 mg/kg(550℃)的变化趋势.[结论]350℃(2.5 h)和450℃(2.0 h)制备的玉米秸秆炭的农业利用预期效应较好,农业价值较高.【期刊名称】《安徽农业科学》【年(卷),期】2016(000)012【总页数】3页(P25-27)【关键词】玉米秸秆;生物炭;炭化温度;炭化时间【作者】牛明芬;刘欢;张玉兰;周建宇【作者单位】沈阳建筑大学市政与环境工程学院,辽宁沈阳 110044;沈阳建筑大学市政与环境工程学院,辽宁沈阳 110044;中国科学院沈阳应用生态研究所/辽宁沈阳农田生态系统国家野外科学观测研究站,辽宁沈阳 100016;东北大学生命科学与健康学院,辽宁沈阳 110004【正文语种】中文【中图分类】S216;X171.3;X71玉米是我国的第三大种植作物，年产量达2.7亿t，但目前玉米秸秆资源利用仍然不够充分。
大部分玉米秸秆堆积在田间地头自然腐烂，或者直接在地里焚烧，既浪费能源又污染环境[1]。
炭化温度对祖卡木颗粒药渣生物炭特性的影响
炭化温度对祖卡木颗粒药渣生物炭特性的影响目的探討不同炭化温度对祖卡木颗粒药渣生物炭特性的影响，为药渣生物炭的后期应用提供依据。
方法在200、300、400、500、600 ℃条件下利用限氧控温慢速热解法制备生物炭，测定生物炭产率、pH值、灰分，并采用傅立叶红外光谱和扫描电镜分析不同温度制备的生物炭结构特征。
结果生物炭随炭化温度的升高，其产率降低。
生物炭pH值随炭化温度的升高而增大，高温生物炭（≥500 ℃）的pH值超过9.00，表现出强碱性。
药渣生物炭的灰分含量随炭化温度的升高而逐渐升高。
药渣热解过程中，-OH和-CH2-官能团的吸收峰逐渐减弱，而芳香族基团吸收峰逐渐增强。
扫描电镜结果显示，随着炭化温度的升高，生物炭的孔壁结构变薄，片层结构堆叠更为明显，内部孔隙增大，孔隙结构发育更为完全。
结论随着炭化温度的升高，药渣生物炭产率降低，pH值增大，灰分含量升高，生物炭芳香化程度增高，微孔结构发育趋于完善。
标签：生物炭;炭化温度;特性;祖卡木颗粒Abstract：ObjectiveTo investigate the effects of different carbonization temperatures on the properties of dregs biocharof Zukamu Granules; Toprovide a basis for further application of dregs biochar. MethodsThe biochar was prepared by using oxygen-limited and temperature-controlled pyrolysis at temperatures of 200，300，400，500 and 600 ℃. The yield，pH value and ash content of biochar were determined，and structural characteristics were analyzed by Fourier transform infrared spectroscopy （FTIR）and scanning electron microscopy （SEM）. ResultsBiochar had a lower yield as the carbonization temperature increased. The pH increased with the increase of carbonization temperature. The pH value of high-temperature biochar （≥500 ℃）exceeded 9.0 and showed strong alkalinity. The ash content of dregs biochar increased gradually with the increase of carbonization temperature. During the pyrolysis of the dregs，the absorption peaks of -OH and -CH2- functional groups gradually decreased，while the absorption peaks of aromatic groups gradually increased.SEM results showed that with the increase of carbonizationtemperature，the pore structure of biochar became thinner，the stacking of lamellar structures became more obvious，the internal porosity increased，and the pore structure developed more completely. ConclusionWith the increase of carbonization temperature，the biochar yield of dregs is reduced，the pH value，ash content，and aroma degree of biocharincrease，and the development of microporous structure tends to be complete.Keywords：biochar; carbonization temperatures; characteristics; Zukamu Granules生物炭是由废弃生物质在厌氧或限氧环境下，通过热解（一般低于700 ℃）得到的一类稳定、高度芳香化的多孔状富碳固型材料[1]。
热解温度和时间对马弗炉制备生物炭的影响
热解温度和时间对马弗炉制备生物炭的影响葛丽炜;夏颖;刘书悦;程鑫;翟英博;丁凡【摘要】为总结马弗炉制备生物炭的经验和明晰热解温度和时间对生物炭性质的影响,以玉米秸秆为原料,在不同热解温度(400,500,600℃)和时间(2,3,4,6,8h)交叉条件下,在实验室用马弗炉烧制生物炭,计算生物炭的产率,测定其碳和氮含量,并总结利用马弗炉制备生物炭的经验.结果表明:不同热解条件下,生物炭的产率为11.2%~32.1%,生物炭的碳含量为60.9%~77.3%,全氮含量为1.1%~2.8%,C/N为23.5~71.6.随着热解温度的升高,生物炭的产率降低,400℃时为20.5%~32.1%,500℃时为12.6%~19.4%,600℃时为11.4%~16.8%.随着热解时间的延长,生物炭的产率有降低的趋势.生物炭的碳含量随热解温度升高而增加(400℃时为60.9%~63.2%,500℃时为62.6%~71.8%,600℃时为66.3%~77.3%),随热解时间呈无规律变化.生物炭的全氮含量及C/N随热解时间和温度的变化没有明显的规律.对马弗炉制备生物炭的建议为:(1)烧制生物炭时,使用锡箔纸包裹坩埚外壁,可以防止秸秆被烧成灰,使生物炭的产率保持稳定,但是锡箔纸不可重复使用;(2)热解温度不要超过700℃,当超过700℃时,部分秸秆会被烧成灰,生物炭的产率很低;(3)烧制结束后,关闭马弗炉电源,待炉内温度降低后,再打开炉门,这样可以避免高温生物炭与冷空气的接触.综上所述,马弗炉热解是实验室较低温度下(小于700℃)制备生物炭的一种有效方法.%In order to summarize the experienc e of producing biochar using muffle furnace and reveal the effect of pyrolysis temperature and time on biochar properties, we conducted a pyrolysis of maize straw under different temperatures (400, 500, 600 ℃) and holding times (2, 3, 4, 6, 8 hour) to study the technical essentials for biochar production in muffle furnace. The yield of biochar production was calculated and the contentsof carbon and nitrogen in biochar were measured. The results showed that biochar yields (biochar mass/straw mass) were 11.2%-32.1% under different pyrolysis conditions, and that carbon (C) and total nitrogen (N) contents and C/N ratios of biochar were 60.9%-77.3%, 1.1%-2.8%, and 23.5-71.6, respectively. Biochar yield decreased with rising pyrolysis temperature (400℃: 20.5%-32.1%, 500℃: 12.6%-19.4%, 600℃: 11.4%-16.8%), but biochar C contents increased with temperature (400℃: 60.9%-63.2%,500℃: 62.6%-71.8%,600℃: 66.3%-77.3%). Biochar yield had a decreasing trend with pyrolysis holding time. Biochar N contents and C/N ratios did not have a regular change with pyrolysis temperature or holding time. We have the following suggestions for the production of biochar using muffle furnace: (1) Packaging the crucible using tin foil paper can avoid straw becoming ash and make a stable yield of biochar production, but the tin foil paper cannot be used repeatedly; (2) The pyrolysis temperat ure is no more than 700 ℃, in case that some residue would become ash; (3) When the pyrolysis is finished, open the muffle furnace until the temperature in muffle furnace goes down. These results suggested that muffle furnace pyrolysis is an effective method of biochar production below 700 ℃ in the laboratory.【期刊名称】《沈阳农业大学学报》【年(卷),期】2018(049)001【总页数】6页(P95-100)【关键词】黑炭;玉米秸秆;生物炭产率;碳氮含量;生物炭碳氮比【作者】葛丽炜;夏颖;刘书悦;程鑫;翟英博;丁凡【作者单位】沈阳农业大学土地与环境学院,沈阳110161;沈阳农业大学土地与环境学院,沈阳110161;延边大学农学院,吉林延边133002;沈阳农业大学土地与环境学院,沈阳110161;沈阳农业大学土地与环境学院,沈阳110161;沈阳农业大学土地与环境学院,沈阳110161;沈阳农业大学土地与环境学院,沈阳110161【正文语种】中文【中图分类】S156生物炭是利用自然界广泛存在的生物质资源，在无氧或微氧条件下，经高温热解所产生的炭质[1-2]。
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尹云锋;张鹏;雷海迪;马红亮;高人【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＜0.01).统计分析表明,在相同温度条件下,由杉木和木荷凋落物制备的生物质炭,其灰分、含碳量以及挥发性物质,差异并不显著;但含氮量、C/N比和可溶性碳含量,差异则达到了显著水平(p＜0.05).【期刊名称】《热带作物学报》【年(卷),期】2014(035)008【总页数】5页(P1496-1500)【关键词】生物质炭;热解温度;化学性质;黑碳【作者】尹云锋;张鹏;雷海迪;马红亮;高人【作者单位】福建师范大学地理科学学院,福建福州 350007;福建师范大学地理科学学院,福建福州 350007;福建师范大学地理科学学院,福建福州 350007;福建师范大学地理科学学院,福建福州 350007;福建师范大学地理科学学院,福建福州350007【正文语种】中文【中图分类】S153doi 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]。
它具有高度的惰性，在稳定土壤碳库方面发挥着重要的作用，是近年土壤碳循环领域的研究热点[4-6]。
生物质炭具有较高的比表面积和羧基、羟基、酚羟基等功能团，具有很强的吸附能力，对土壤肥力保持具有重要作用[7-10]。
温度对生物炭吸附重金属特性的影响研究
中国农业科技导报，2021,23(2):150-158Journal of Agricultural Science and Technology温度对生物炭吸附重金属特性的影响研究王鑫宇1,2,张曦2,孟海波2,沈玉君2,解恒燕1*,周海宾2,程红胜2,宋立秋2(1.黑龙江八一农垦大学工程学院，黑龙江大庆163319；2.农业农村部规划设计研究院农村能源与环保研究所，农业农村部资源循环利用技术与模式重点实验室，北京100125)摘要:为探究温度条件对生物炭吸附重金属离子特性的影响，采用吸附试验研究25,45和65t3种温度条件下生物炭对单一重金属离子溶液和多种重金属离子混合溶液的吸附能力变化。
结果表明:生物炭对4种重金属的吸附均可采用Langmuir和Freundlich方程进行描述;温度是影响生物炭吸附重金属的重要因素，生物炭对Cu的吸附能力随温度的升高而减小，在25t时吸附量最大，为5.27mg・gT，去除率达到36.17%；生物炭对Zn的吸附能力随温度的升高而增加，在65t时吸附量最大，为4.94mg-g-1，去除率达到45.36%；生物炭对Cd的吸附能力随温度的升高呈现先增加后降低的趋势，在45t时吸附量最大，为5.82mg-g-1，去除率达到53.85%；生物炭对Pb的吸附能力随温度的升高而增加，在65t时吸附量最大，为21.35mg-g-1,去除率达到98.61%o混合溶液中，生物炭对4种重金属的吸附强弱顺序为:Pb>Cu>Zn>Cdo温度升高能促进竞争吸附中生物炭对各重金属离子的吸附，对混合重金属离子的总吸附量也增大。
关键词:温度;重金属;生物炭;吸附性能;竞争吸附doi:10.13304/j.nykjdb.2019.0719中图分类号:X712文献标识码:A文章编号：1008-0864(2021)02-0150-09Impact of Temperature on Adsorption Characteristics ofBiochar on Heavy MetalsWANG Xinyu1，2,ZHANG Xi2,MENG Haibo2,SHEN Yujun2,X1E Hengyan1*,ZHOU Haibin2,CHENG Hongsheng2,SONG Liqiu2(1.College of Engineering,Heilongjiang Bayi Agricultural LDiversity,Heilongjiang Daqing163319,China；2.Key Laboratory of Technology and Model for Cyclic Ltilization from Agricultural Resources,Ministry of Agriculture andRural Affairs；1nstitute of Energy and Environmental Protection,Academy of Agricultural Planning and Engineering,Ministry of Agriculture and Rural Affairs,Beijing100125,China)Abstract：1n order to explore the effect of temperature on adsorption ability of biochar on heavy metals,this paper conducted the equilibrium adsorption experiments of biochar on single and multiple heavy metals at25,45and 65t,respectively.The results indicated that:the adsorption characteristics of heavy metals(Cd,Pb,Cu,Zn)by biochar could be fitted by Langmuir and Freundlich equation.Temperature was an important factor affecting the adsorption of heavy metals by biochar.The adsorption capacities of biochar on Cu decreased with temperature increasing,the maximum adsorption capacity was5.27mg・g-1at25t,and the removal rate reached36.17%；the adsorption capacities of biochar on Zn increased with temperature increasing,and the maximum adsorption capacity was4.94mg•g-1at65t,and the removal rate reached45.36%；the adsorption capacity of biochar of on Cd increased first followed by a decline with temperature increasing,and the maximum adsorption capacity was5.82mg・g-1at45t,and the removal rate reached53.85%；the adsorption capacities of biochar on Pb wereincreased with temperature increasing,and the maximum adsorption capacity was21.35mg•g-1at65t,and the removal rate was reached98.61%.1n multiple heavy metals solution,the adsorption capacity of biochar was Pb>Cu>收稿日期：2019-09-02；接受日期：2019-10-22基金项目：国家重点研发计划项目(2016YFD0800603)；公益性行业(农业)科研专项(201503135)联系方式：王鑫宇E-mail:254684545@；*通信作者解恒燕E-mail：xiehy555@2期王鑫宇等:温度对生物炭吸附重金属特性的影响研究151Zn>Cd.The adsorption of heavy metals were enhanced by the increase of the temperature,and the total adsorption amounts of biochar on heavy metals increased.Key words:temperature；heavy metals；biochar；adsorption performance；competitive adsorption生物炭作为一种廉价、高效、安全的新型环境功能吸附材料，广泛应用于重金属污染水体和土壤的修复研究［1］o生物炭是以农林废弃物为原料，在限氧条件下高温裂解而成的一种具有高度芳香化、富含碳素的多孔固体颗粒物质［2］o由于生物炭具有较大的比表面积、发达的孔隙结构、丰富的官能团，较多的表面负电荷、较高的阳离子交换容量、含有稳定态有机碳以及矿质灰分等多组分混合物等特性,能够较好地吸附分子、离子、极性和非极性物质［3-4］o研究表明，生物炭主要是通过表面吸附及官能团的络合作用去除溶液中的重金属［5］，从而影响重金属离子在环境中的迁移转化、生态效应以及污染环境的修复［6-7］o由于原料和裂解温度等制备工艺不同，导致生物炭对重金属的吸附效果存在明显差异,这与生物炭表面官能团的种类和数量有关［8-9］o此外，重金属离子类型、初始浓度和溶液pH也是影响生物炭吸附效果的重要因素［10］，这可能是由生物炭对不同重金属吸附机制之间的差异造成的［11］o温度是影响重金属吸附效果的重要因素,对重金属的去除率与在吸附介质上的形态分布均有较为显著的影响。
生物质烘焙及其产物热解燃烧反应特性研究
摘要发展生物质能源是缓解能源短缺和环境污染的有效途径，但生物质作为燃料利用尚存诸多缺陷，在规模化应用上十分局限。
近年来发展起来的生物质烘焙技术是一项生物质燃料高值化预处理技术，其能够有效提高生物质材料的能源品质，降低物料的运输与储存成本。
但目前国内对于该技术的研究还处于起步阶段，特别是对于木质生物质烘焙产物热转化过程的研究还有所欠缺。
鉴于此，本文对我国典型木质生物质的烘焙特性及烘焙对其后续热解和燃烧过程中反应性的影响进行了深入地研究。
首先使用不同尺寸的荷木球状颗粒来作为实验样品，进行了不同加热温度和不同停留时间的烘焙实验。
结果表明烘焙后样品的形貌特征会发生改变：烘焙后荷木颗粒的颜色加深、体积收缩，质量上存在一定程度损失，且其质量变化幅度较体积更大，最终表现为密度的降低。
在元素含量上，烘焙后荷木颗粒碳元素相对含量上升，氢、氧元素相对含量下降，因此样品的高位发热量也有所增加。
并且由于烘焙过程中可燃气体组分的挥发，样品的能量得率有所下降。
这些变化的程度都会随烘焙程度的增加而更为显著。
综合各方面的影响因素来看，290℃1小时对于荷木颗粒是一个比较合适的烘焙条件。
然后以六种典型的木种作为研究对象，使用热重分析技术探究经不同烘焙条件预处理后各木质生物质样品的热解特性。
结果表明烘焙前后各样品的热解过程符合双组分分阶段一级平行反应模型。
并且烘焙对于不同木质生物质热解特性的影响基本一致：烘焙后各样品的热解过程均向高温处偏移，样品挥发分也释放得更为集中和剧烈。
但程度较深的烘焙会导致样品中的有机组分过度分解，从而使得样品挥发分析出的剧烈程度降低。
并且由于生物质主要有机组分含量的相对变化，烘焙后不同阶段内样品的热解反应活化能和指前因子均有所上升。
最后，对烘焙前后的六种木质生物质样品的热解焦产率和焦反应性进行了实验分析。
结果表明烘焙前后不同木质生物质样品的绝对焦产率变化幅度不相一致，其中榉木、桐木、松木和沙比利木的绝对焦产率与未烘焙样品相比变化幅度很小，而巴沙木和荷木的绝对焦产率则明显高于未烘焙样品。
反应温度和停留时间对纤维素水热解产物理化特性的影响_高英
第30卷第17期农业工程学报 V ol.30 No.17 250 2014年9月Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering Sep. 2014反应温度和停留时间对纤维素水热解产物理化特性的影响高英1，陈汉平2※，袁巧霞1，王贤华2，杨海平2，吴 可1，曹洪亮1（1. 华中农业大学工学院，武汉 430070； 2.华中科技大学煤燃烧国家重点实验室，武汉 430074；）摘要：为了解纤维素在水热降解过程中产物的理化特性及其形成机制,该文对生物质主要组分—纤维素的水热降解特性进行了系统地研究，全面分析了反应温度和停留时间对纤维素水热产物分布的影响，并从产物的化学结构入手，对纤维素水热解机理进行了探索。
随着温度的升高，重质油产率在250℃时达到最大，重质油组分变得复杂，焦炭产率逐渐降低。
随着停留时间的延长重质油产率呈现先增加后降低的趋势，焦炭产率变化趋势较小，然而通过对焦炭的热重、红外、元素、电子扫描显微镜和X射线光电子能谱仪分析表明停留时间的延长可以提高焦炭的化学官能性，这为生物质水热机理的研究提供了依据。
关键词：纤维素；温度；生物质；水热解；重油；水热焦炭doi：10.3969/j.issn.1002-6819.2014.17.032中图分类号：TQ352.78 文献标志码：A 文章编号：1002-6819(2014)-17-0250-09高 英，陈汉平，袁巧霞，等. 反应温度和停留时间对纤维素水热解产物理化特性的影响[J]. 农业工程学报，2014，30(17)：250－258.Gao Ying, Chen Hanping, Yuan Qiaoxia, et al. Effect of reactor temperature and residence time on physiochemical performance of cellulose hydrothermal products[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2014, 30(17): 250－258. (in Chinese with English abstract)0 引 言生物质种类繁多，成分复杂，使得水热转化过程和产物也十分复杂。
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烘焙温度和停留时间对生物炭特性的影响叶扬天;卢平;王昱璇;刘凯【摘要】以杨树枝、柳树枝、稻壳、玉米秸秆、成型稻壳和成型木屑6种生物质为对象,在烘焙温度为200～300℃和停留时间为20 ～ 40 min的条件下,利用固定床烘焙实验装置开展了生物质烘焙实验,结合生物炭的工业分析、元素分析和热值测定结果,分析了烘焙温度和停留时间对生物炭H/C,O/C,能量得率,能量密度的影响.结果表明:随着烘焙温度和停留时间的增加,生物炭的挥发分,质量得率,H/C,O/C,能量得率不断下降,固定碳、低位发热量和能量密度不断升高;烘焙温度对生物炭的影响显著强于停留时间,烘焙处理对木质类和农业类生物质影响显著强于成型生物质;在烘焙温度为300℃和停留时间为40 min的条件下,成型生物质的能量密度最高仅为1.10,而木质类生物质的能量密度最高可达到1.40.【期刊名称】《上海电力学院学报》【年(卷),期】2018(034)003【总页数】6页(P239-244)【关键词】生物质;烘焙;生物炭;烘焙温度;停留时间;理化特性【作者】叶扬天;卢平;王昱璇;刘凯【作者单位】南京师范大学能源与机械工程学院,江苏南京210042;南京师范大学能源与机械工程学院,江苏南京210042;南京师范大学能源与机械工程学院,江苏南京210042;南京师范大学能源与机械工程学院,江苏南京210042【正文语种】中文【中图分类】TK6;TQ351.29能源短缺、环境污染以及CO2排放引起的温室效应等一系列问题严重制约了全球经济的发展。
大力开发与使用可再生能源来替代常规化石燃料能源,被认为是抑制SO2,NOx,CO2等污染物排放的重要对策[1-4]。
生物质能源是一种零CO2净排放可再生资源。
其能源化对于环境保护和改善生态环境具有十分重要的意义[5-6]。
由于生物质存在含水率高、亲水性强、热值和能量密度低、粉磨性差、易腐烂变质,以及不适宜处理运输和长期贮存等缺陷,因此有必要采用合理的预处理方式解决其规模化利用过程中所面临的技术问题,以提高热化学转化产物的热值和品质[7-9]。
生物质烘焙是一种很有前景的生物质预处理技术。
它是在无氧(或缺氧)、烘焙温度为200～300 ℃和较低升温速率(<50 K/min)的工况下对生物质进行热化学处理[10-12]。
经过烘焙处理,可以将生物质转化为大量的固体产物(也称为生物炭)以及一定量的液体和气体产物[13-14],并显著改善生物质的理化特性。
张燕[15]发现,随着烘焙温度的升高和停留时间的延长,杨木和木耳菌糠的质量得率和能量得率降低,碳含量和热值增加。
烘焙温度对质量得率和能量得率的影响明显高于停留时间。
杨晴等人[16]发现,在290 ℃下烘焙的棉杆,热值提高约34%,O/C和H/C分别降低55%和45%,且随着烘焙温度的提高,生物炭的化学组成逐渐向煤过渡。
梁宇飞等人[17]对沙柳进行了烘焙实验,结果表明,随停留时间的延长(1～4 h),生物炭的灰分含量增加,挥发分含量减少,能量密度和高位发热量不断增加,而质量得率和能量得率逐渐降低。
尽管各国的研究者已经针对不同种类生物质进行了大量的烘焙实验,并发现烘焙温度是影响生物炭理化特性的重要影响因素,但是针对不同种类生物质烘焙所得生物炭的比较研究还相对较少。
本文以6种生物质原料为对象,研究烘焙温度和停留时间对生物质烘焙产物生物炭的影响,比较木质类、农业类和成型3大类生物炭的差异,旨在为生物质的资源化和能源化应用提供基础。
1 实验方法和数据处理实验用杨树枝(PB)、柳树枝(WB)、玉米秸秆(CS)、稻壳(RH)、成型稻壳(PR)和成型木屑(PS)6种生物质的工业分析、元素分析和热值测定结果如表1所示。
其中:PB和WB为木质类生物质,CS和RH为农业类生物质,PR和PS为成型生物质;M,V,A,FC分别表示水分、挥发分、灰分和固定碳含量。
烘焙实验前,将其风干并破碎成小于10 mm的颗粒,密封备用。
表1 生物质原料的工业分析、元素分析和热值生物质样品工业分析/%MVAFC元素分析/%CHONS热值/(MJ·kg-1)PB6.3378.561.6413.4745.316.1940.120.280.1316.85WB7.2673.252.4317.06 44.746.4238.360.610.1819.53CS10.8969.779.0410.3039.505.9233.630.910.11 16.93RH11.5868.997.5111.9241.205.7533.270.570.1216.21PR8.7475.812.481 2.9744.676.2037.310.530.0716.52PS10.6075.182.7511.4743.826.2136.220.36 0.0417.89利用竖直式固定床实验台,在不同烘焙温度(200 ℃,250 ℃,300 ℃)和停留时间(20 min,40 min)的条件下进行烘焙处理。
烘焙所用管式炉(SZGL-1200C)为上海钜晶科技有限公司生产,加热段有效尺寸为Φ60 mm×300 mm。
实验时,每次添加约50 g生物质原料;控制氮气流速为2 L/min;当出口氧浓度低于0.5%时,以10 K/min的升温速率升温至设定的烘焙温度(200 ℃,250 ℃,300 ℃);在不同的停留时间(20 min,40 min)下对生物质原料进行烘焙。
不同烘焙条件下得到的生物炭表示为XX-YYY-ZZ,如PB-250-20表示杨树枝在烘焙温度为250 ℃和停留时间为20 min下所制得的杨树枝炭。
生物炭的质量得率(ηM)、能量得率(ηE)和能量密度(ηD)的计算公式分别为[1,18]式中:m1,m2——生物质原料和生物炭的质量,g;QLHV1,QLHV2——生物质原料和生物炭的低位发热量,MJ/kg-1。
其中,所有样品均为干燥无灰基。
2 结果与讨论2.1 烘焙温度的影响图1为烘焙温度对生物炭的挥发分和固定碳含量的影响,其中烘焙温度为200～300 ℃,停留时间为20 min。
图1 烘焙温度对生物炭挥发分和固定碳含量的影响由图1可知,在相同的停留时间下,生物炭的挥发分随着烘焙温度的升高而降低,固定碳含量随着温度的升高而增加。
由图1(a)可知,当烘焙温度从200 ℃上升到300 ℃时,木质类和农业类生物质挥发分得到了显著降低,而成型生物质变化较小。
与烘焙温度为200 ℃时相比,烘焙温度为300 ℃时的木质类生物炭PB和WB的挥发分分别降低了45.4%和41.0%,农业类生物炭CS和RH分别降低了20.1%和25.0%,而成型生物炭PR和PS仅降低了3.0%和2.6%。
文献[19]的研究表明,生物质中半纤维素、纤维素和木质素的分解温度分别为225～325 ℃,240～350 ℃,280～500 ℃。
木质类和农业类生物质含有较多的半纤维素,在烘焙过程中会释放出较多的挥发分,而成型生物质挥发分释放较少的原因可能是半纤维素分解产生的焦油堵塞了成型生物炭表面的孔隙[20]。
由图1(b)可知,固定碳与挥发分呈现相反的变化规律,当烘焙温度从250 ℃升至300 ℃时,木质类和农业类生物质固定碳含量明显升高,而成型生物质的固定碳含量升高幅度较小。
众所周知,生物炭中含有少量的水分和灰分,挥发分含量的降低也直接导致了固定碳含量的升高。
进一步分析可知,当烘焙温度小于250 ℃时,成型生物炭的挥发分和固定碳含量几乎未发生变化。
这表明较低的烘焙温度对成型生物质烘焙的影响较小。
图2为生物炭中O/C和H/C的关系。
由图2可以看出,在相同的停留时间下,随着烘焙温度的升高,O/C和H/C值几乎呈现线形下降。
300 ℃时所得生物炭的O/C 和H/C值分别为0.22和1.01,与褐煤类似。
这表明烘焙处理可以显著改善生物炭的理化特性,其燃料性能接近于褐煤。
进一步分析可知,随着烘焙温度的升高,生物质中H原子和O原子的释放大于C原子,且O原子的释放大于H原子。
WANG H 等人[21]认为,随着热解温度的升高,生物质中含有的OH和CO基团会不同程度地减少,且OH基团的下降显著强于CO基团。
从燃烧角度看,生物炭的O/C和H/C 值较低,有利于减少燃烧过程中产生的烟和水蒸气,提高生物炭的燃烧性能[22]。
图3为烘焙温度对生物炭低位发热量的影响,其中停留时间为20 min和40 min。
由图3可以看出,在相同的停留时间下,生物炭的热值随烘焙温度的升高而升高。
与PB-200-20生物炭相比,PB-250-20和PB-300-20的热值分别提高了19%和32%;而成型生物炭的热值升高幅度很小,仅提高了1.47%～7.62%。
这与生物炭的工业分析结果较为一致。
上述结果说明,烘焙处理可以显著提高木质类和农业类生物质的热值,而对成型生物质的影响较小。
图2 生物炭中O/C和H/C的关系图3 烘焙温度对生物炭低位发热量的影响能量得率和能量密度是研究烘焙处理对生物炭能量影响的重要参数。
图4为烘焙温度对生物炭能量得率和能量密度的影响,其中停留时间为40 min。
由图4(a)可知,随着烘焙温度的升高,生物炭的能量得率总体呈现下降的趋势,且在250～300 ℃范围内下降更为显著;在300 ℃下所有生物炭的能量得率均在50%以上,表明烘焙处理仍可以将生物质的能量保留在生物炭中,进而为其燃烧和气化等能源化利用提供了基础。
由图4(b)可知,生物炭的能量密度随烘焙温度的升高而增大,且所有的生物炭能量密度都大于1。
其中:木质类生物质PB和WB的能量密度最大,分别为1.39和1.40;农业类生物质CS和RH次之;成型生物质PR和PS的能量密度最小,仅为1.07和1.10。
这表明烘焙处理可以显著提高木质类生物质的能量密度,并使其成为良好的潜在燃料。
图4 烘焙温度对生物炭能量得率和能量密度的影响2.2 停留时间的影响停留时间在烘焙过程中也是一个重要的影响因素。
研究表明,在烘焙温度为300 ℃的情况下,当停留时间由20 min增加到40 min时,杨树枝炭的挥发分含量仅降低了3%。
这说明停留时间对生物质烘焙的影响较小。
同时,由图3可知,在相同烘焙温度下,随着停留时间的增加,生物炭热值也有一定的增加,但其增加幅度不大,在0.7%～5.1%之间。
图5为停留时间对生物炭的能量得率和能量密度的影响,其中烘焙温度为250 ℃。
由图5可以看出,随着停留时间的增加,大多数产物的能量得率有所降低,而能量密度则有一定程度的提升。
与木质类和农业类生物质相比,成型生物质的能量得率和能量密度的变化较小。
这说明:一方面较长的停留时间有利于OH和CO的基团逸出,进而释放出更多的挥发分,从而使得生物炭的质量得率和能量得率有一定程度的降低;另一方面,由于生物质的能量损失少于质量损失,所以能量密度会有少许的增加。