酸性水解糠醛残渣热解炭化及吸附特性实验研究

摘要

生物质稀酸水解残渣是生物质化学转换中产生的固体废弃物。其中糠醛生产过程中会产生大量的工业废渣。为了解决糠醛废渣的堆放及糠醛生产过程中所需的过热蒸汽，本文提出利用炭-气联产技术，将糠醛渣制成生物质炭、活性炭及生物质燃气。酸性水解残渣具有高水分、高木质素、酸性、残留水解有机物质等特点，其热化学转化、成型等利用方式有别于生物质原料。本文针对糠醛渣自身特点，首先对其恒温干燥、筛分、中和预处理，利用TG-DSC联用技术进行热重分析、动力学分析及需热量分析；通过管式炉热解实验进一步确定不同工艺条件下产物分布及生物质炭的应用性能；利用水蒸气法制备活性炭，与糠醛渣及糠醛渣炭的亚甲基蓝吸附性能进行比较。
　　利用热重分析确定整个热解失重过程可分为干燥段、挥发分逸出段、热解炭化段三个阶段，热解失重过程主要发生在挥发分析出阶段，确定主要热解温度区间为300℃-600℃。添加催化剂后抑制水分的析出，失重变化率峰值变大，表明碱金属钠盐促进纤维素的分解。利用Friedman微分等转化率法在转化率为0.3至0.7之间求得的活化能几乎不变，说明此阶段热解反应机理模型一致，其平均活化能是191.82KJ/mol。在热解温度为600℃及升温速率β=5、10、20、40℃/min下所需的热量分别为10.47、3.46、1.74及0.6MJ/kg。综合考虑质量得率、反应时间、能源消耗，本文选择10℃/min的升温速率为管式炉热解及制备活性炭的工艺条件。
　　热解温度对固、气、液三种产物产量影响较大，随着温度的升高固体产物下降趋于缓慢；高温下气体产量逐渐增大；液体产量在500℃时达到最高。以质量得率和固定碳产率来看热解温度为450℃的产品质量较高，且相同条件下成型炭的品质更高。粉状炭和成型炭的吸水率和PH值整体上随着热解温度的升高逐渐增大，相同条件下成型炭的PH值较大。高温下成型炭的体积收缩率将近50％；500℃前跌落强度在98%以上适合搬运和运输。600℃时电阻率下降到0.58Ω·m，用作防磁材料时需要的热解温度更高。
　　生物质炭在热解温度为400℃时达到最高的亚甲基蓝脱色率44.4%，350℃时吸附产率达到最大值1428.72mg·%/g。正交试验中9组活性炭吸附产率都高于糠醛渣炭，试验5所得的吸附产率最高。综合考虑吸附产率的正交试验方差分析得到最佳工艺方案A2B2C3D2，补充实验表明得到吸附产率更高，灰分与催化剂结块，活性炭灰分含量更低。

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第一章 绪论

1.1引言

1.2酸性水解残渣预处理

1.3酸性水解残渣热解实验研究

1.4酸性水解残渣气化研究

1.5水解残渣的利用方式

1.6课题的提出及研究目的

1.7技术路线

1.8主要研究内容

第二章 实验原料、设备及方案

2.1实验原料

2.2实验设备及仪器

2.3原料预处理

2.4糠醛渣实验方案

第三章 糠醛渣热重实验及动力学分析

3.1热重实验结果与分析

3.2糠醛渣热解动力学分析

3.3糠醛渣热重实验需热量分析

3.4本章小结

第四章 糠醛渣及成型糠醛渣热解炭化实验

4.1实验材料

4.2测试方法

4.3热解温度对粉状糠醛渣产物分布的影响

4.4热解终温对生物质炭特性的影响

4.5本章小结

第五章 糠醛渣炭及活性炭亚甲基蓝吸附实验

5.1吸附剂来源与制备

5.2活性炭制备的正交试验设计

5.3亚甲基蓝吸附性能测试方法与步骤

5.4结果与讨论

5.5本章小结

第六章 全文总结与展望

6.1全文总结

6.2展望

参考文献

攻读学位期间所取得的相关科研成果

致谢