竹材热解及竹炭活化特性研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:maozi100
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竹材这种林业资源作为生物质资源的重要组成部分,在我国产量极为丰富,从增强能源供给、加强环境保护以及发展经济效益等角度来考虑,加大对其应用力度是时代的必然选择。但在开发过程中,如何加强其工业应用价值是需要重点考虑的问题。生物质热解技术作为现阶段有效开发生物质能、提高生物质品质的技术。在竹材上得以充分利用能够得到品质优良的生物炭,并在此基础上加以活化可得到性能良好的活性炭。因此深入研究生物质热解技术在竹材资源上的应用,对于拓宽竹材应用领域、延长生物质产品产业链具有重要价值。本文中为系统地研究生物质热解技术在竹材资源上的应用,从如下三个部分展开研究:(1)在对竹材进行元素分析、工业分析以及生物质组分分析后,采取的是等速升温法对竹材进行热重实验,获取试验数据后绘制热重曲线,重点研究升温速率对竹材热解的影响。在此基础上采用Kissinger、Flynn-Wall-Ozawa及Coats-Redfern三类模型求解竹材热解反应的活化能E与指前因子A并分析其热解机理。三种模型求出的活化能分别为188.2 k J/mol、188.9 k J/mol、75~80 k J/mol。求解出的活化能与其指前因子之间有良好的热补偿效应。(2)通过竹材的热解实验,首先探究竹材热解固态焦炭、液态油、不凝气体以及气体组成成分随温度的分布规律。运用Aspen软件模拟出的结果与高温段的实验结果吻合较好。然后针对热解过程中的操作参数对竹炭收率、微观形貌、元素变化的影响,从温度、时间以及粒径三个角度展开研究。竹炭收率考虑质量与能量两个方面,微观形貌应用电镜扫描技术进行观测,元素变化由X能谱射线仪进行测定。热解温度越高,竹炭的收率降低,600℃热解所得的竹炭性能最好。热解过程中停留时间越长、竹材粒径越小,竹炭的表面结构更加丰富。无机元素含量随热解时间延长而减少、随粒径减小而增加。(3)对热解竹炭进行微观结构分析,选定600℃下热解炭作为活化原料。在介绍活化流程与分析氢氧化钠活化、水蒸气活化有效性的基础上,探究了氢氧化钠与水蒸气活化方法的内在机理。并通过实验分析了活化剂用量程度、活化温度以及活化时间三类主要的工艺参数对竹制活性炭比表面积的影响规律,从而确定最佳活化参数。
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