【摘要】：生物質(zhì)水熱炭化是目前利用生物質(zhì)能的重要方式之一,其不但能夠固存碳,對(duì)緩解能源短缺和環(huán)境污染乃至促進(jìn)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展也有著重要的意義。本文依托國家自然科學(xué)基金青年項(xiàng)目“濕解環(huán)境下生物質(zhì)濕解殘液中碳元素的遷移固存機(jī)制研究”對(duì)典型農(nóng)業(yè)廢物麥稈、城市綠化廢物草坪草和林業(yè)廢物梧桐樹葉的水熱炭化技術(shù)展開了全面、系統(tǒng)地研究,所做的工作主要有以下幾個(gè)方面:(1)利用自動(dòng)升溫高壓反應(yīng)釜對(duì)三種生物質(zhì)進(jìn)行了水熱炭化實(shí)驗(yàn),考察了反應(yīng)溫度、停留時(shí)間和液固比對(duì)生物質(zhì)水熱處理所得固體目標(biāo)產(chǎn)物水熱焦、液體和氣體產(chǎn)物分布規(guī)律的影響,并以水熱焦碳含量、固定碳和碳固存率為基礎(chǔ),分析了反應(yīng)參數(shù)對(duì)目標(biāo)產(chǎn)物碳固存特性的影響。結(jié)果表明提高反應(yīng)溫度、延長停留時(shí)間和增加液固比,均會(huì)導(dǎo)致目標(biāo)產(chǎn)物得率有所下降,但溫度的影響尤為顯著,過高的溫度易使水熱反應(yīng)趨于液化,不利于碳的固存;由于原料特性的不同,草坪草、麥稈和梧桐樹葉在水熱過程中產(chǎn)物分布對(duì)溫度升高的響應(yīng)依次減小。(2)利用傅里葉紅外光譜儀、X射線衍射儀、熱重分析儀、掃描電鏡和元素分析儀對(duì)麥稈水熱處理所得水熱焦的理化特性演變規(guī)律進(jìn)行了研究,詳細(xì)分析了反應(yīng)條件對(duì)水熱焦特征官能團(tuán)、微晶結(jié)構(gòu)、微觀形態(tài)和有機(jī)元素組成的影響規(guī)律及麥稈的水熱降解行為。發(fā)現(xiàn)隨反應(yīng)強(qiáng)度的提高,麥稈水熱焦碳元素含量逐漸增加,芳香特性逐漸增強(qiáng),并具有一定的熱穩(wěn)定性;隨著生物質(zhì)無定形組分的水解和降解,至反應(yīng)溫度220℃和停留時(shí)間120 min的條件下呈現(xiàn)出了較好的結(jié)構(gòu)特性。對(duì)生物質(zhì)水熱過程中水熱焦炭的形成有了一定的認(rèn)識(shí)。(3)為了進(jìn)一步了解生物質(zhì)水熱炭化機(jī)理和水熱產(chǎn)物的形成特性,采用高效液相色譜與質(zhì)譜聯(lián)用儀(HPLC-MS)、離子色譜和碘量法定量分析了麥稈水熱炭化液體產(chǎn)物主要組分濃度的分布,著重研究了水熱炭化主要影響參數(shù)反應(yīng)溫度對(duì)液相產(chǎn)物形成和組分分布的影響。研究發(fā)現(xiàn)隨反應(yīng)溫度的升高,液體產(chǎn)物中還原糖、糠醛和5-羥甲基糠醛濃度逐漸升高,至220℃以后均有所下降,乙酸濃度一直呈增加的趨勢,乙酸對(duì)生物質(zhì)水熱反應(yīng)起著催化的作用,而還原糖類化合物和糠醛、5-羥甲基糠醛對(duì)溫度較為敏感,隨溫度的升高會(huì)發(fā)生分解、交聯(lián)或縮聚反應(yīng)。結(jié)合固體產(chǎn)物理化結(jié)構(gòu)的演變和液體產(chǎn)物主要組分濃度的變化,初步分析了麥稈水熱炭化的反應(yīng)機(jī)制,為生物質(zhì)水熱炭化技術(shù)的發(fā)展打下了基礎(chǔ)。
【學(xué)位授予單位】：中原工學(xué)院
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TK6

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2680216