為了解秸稈微波水熱碳化過程中產物形成機制及其理化結構演變規(guī)律,該文采用控制變量法進行了單因素試驗設計,研究了水熱溫度、停留時間、催化劑和原料種類對秸稈微波水熱產物組成和結構特性的影響。結果表明,隨著水熱溫度升高和停留時間延長,液相產物的pH值先降低后增加,最低值為3.13,電導率和PO₄^3-–P質量濃度先增加后下降,最大值分別為9.38 mS/cm和308 mg/L,NH₄⁺–N質量濃度增加,260℃最大值為155 mg/L,而水熱焦的產率、H/C和O/C下降,固定碳、C、高位熱值增加。高溫和長停留時間使水熱焦生成較多納米碳微球結構,且使其O-H鍵先增多后減少。高溫和K₂CO₃使水熱焦的芳香烴結構和C=O、C–O含氧官能團增強,而長停留時間使其先增強后減弱。高溫和長停留時間使水熱焦的比表面積、孔體積和孔徑均先增加后降低,而K₂CO₃使水熱焦的納米碳微球和比表面積增加,最大比表面積為10.975 9 m^2... 

【文章來源】：農業(yè)工程學報. 2019,35(10)北大核心EICSCD

【文章頁數】：9 頁

【部分圖文】：

水熱溫度對不同秸稈液相產物酸堿度和組分的影響Fig.2EffectsofhydrothermaltemperatureonpHvalueandcompositionsofliquidproductsfromcropresidues注：水熱停留時間為60min；無催化劑

農業(yè)工程學報（http://www.tcsae.org）2019年210圖4不同水熱條件對秸稈微波水熱焦紅外光譜的影響Fig.4EffectsofdifferenthydrothermalconditionsonFTIRofmicrowave-assistedhydrothermalcokesfromcropresidue2.5不同秸稈水熱焦的掃描電鏡分析不同秸稈水熱焦的SEM掃描電鏡圖如圖5所示。隨著水熱溫度升高和停留時間延長，玉米稈水熱焦的破碎程度越來越嚴重，高溫和長停留時間使玉米稈水熱焦表面和內部呈現出較多納米碳微球結構，孔隙結構豐富（圖5a、5b、5c、5e和5f）。主要是由于溫度越高，水熱反應越劇烈，時間越長，水熱反應越徹底，高溫和長停留時間促進可溶性碳水化合物從纖維骨架中溶解析出，利于秸稈中纖維素、半纖維素發(fā)生解聚、脫水和碳化反應，使孔隙結構增加，形成納米碳微球結構[27]。堿性催化劑K2CO3的加入容易破壞秸稈的木質纖維骨架，促使玉米稈水熱焦生成更多的納米碳微球結構，破碎也更嚴重，形成更多孔隙（圖5b、5g和5h）。不同種類秸稈相比，棉稈水熱焦在240℃時破碎嚴重，孔隙增多，而未見納米碳微球結構（圖5j），可能是由于棉稈木質纖維含量豐富，有利于水熱焦產率增加，但不利于納米碳微球結構的生成[27]。玉米稈、水稻稈和油菜稈水熱焦在240℃時生成了很多大小不一的納米碳微球結構，且表面光滑（圖5b、5d和5i）�？赡苁怯捎谟衩锥挕⑺径捄陀筒硕挼睦w維素、半纖維素和可溶性糖相對較多[15]，因此高溫下制備的玉米稈、水稻稈和油菜稈水熱焦納米碳微球結構明顯突出，同時由于其表面含有大量的含氧官能團（圖4c），易與其他分子、離子及官能團結合形成新型功能碳材料，可作為制備多孔材料和新型碳基納米材料的?

農業(yè)工程學報（http://www.tcsae.org）2019年210圖4不同水熱條件對秸稈微波水熱焦紅外光譜的影響Fig.4EffectsofdifferenthydrothermalconditionsonFTIRofmicrowave-assistedhydrothermalcokesfromcropresidue2.5不同秸稈水熱焦的掃描電鏡分析不同秸稈水熱焦的SEM掃描電鏡圖如圖5所示。隨著水熱溫度升高和停留時間延長，玉米稈水熱焦的破碎程度越來越嚴重，高溫和長停留時間使玉米稈水熱焦表面和內部呈現出較多納米碳微球結構，孔隙結構豐富（圖5a、5b、5c、5e和5f）。主要是由于溫度越高，水熱反應越劇烈，時間越長，水熱反應越徹底，高溫和長停留時間促進可溶性碳水化合物從纖維骨架中溶解析出，利于秸稈中纖維素、半纖維素發(fā)生解聚、脫水和碳化反應，使孔隙結構增加，形成納米碳微球結構[27]。堿性催化劑K2CO3的加入容易破壞秸稈的木質纖維骨架，促使玉米稈水熱焦生成更多的納米碳微球結構，破碎也更嚴重，形成更多孔隙（圖5b、5g和5h）。不同種類秸稈相比，棉稈水熱焦在240℃時破碎嚴重，孔隙增多，而未見納米碳微球結構（圖5j），可能是由于棉稈木質纖維含量豐富，有利于水熱焦產率增加，但不利于納米碳微球結構的生成[27]。玉米稈、水稻稈和油菜稈水熱焦在240℃時生成了很多大小不一的納米碳微球結構，且表面光滑（圖5b、5d和5i）�？赡苁怯捎谟衩锥挕⑺径捄陀筒硕挼睦w維素、半纖維素和可溶性糖相對較多[15]，因此高溫下制備的玉米稈、水稻稈和油菜稈水熱焦納米碳微球結構明顯突出，同時由于其表面含有大量的含氧官能團（圖4c），易與其他分子、離子及官能團結合形成新型功能碳材料，可作為制備多孔材料和新型碳基納米材料的?

【參考文獻】：
期刊論文
[1]碳化溫度對畜禽糞便水熱炭燃燒特性的影響[J]. 周思邈,韓魯佳,楊增玲,馬秋林.  農業(yè)工程學報. 2017(23)
[2]水熱炭化溫度和時間對雞糞生物質炭性質的影響[J]. 張進紅,林啟美,趙小蓉,李貴桐.  農業(yè)工程學報. 2015(24)

博士論文
[1]催化劑對炭化反應產物性質的影響[D]. 梁豐.中國農業(yè)大學 2014

碩士論文
[1]玉米芯和松子殼的水熱碳化及其產物吸附性能研究[D]. 喬娜.大連理工大學 2015



本文編號：3386688