基于活性炭作為催化劑載體及其良好微波吸收性能的優(yōu)勢,該文提出了微波條件下活性炭載鐵催化劑催化熱解竹材的研究思路,通過對(duì)物料升溫特性、熱解產(chǎn)物特性的研究,揭示催化劑對(duì)竹材微波熱解的影響規(guī)律,為生物質(zhì)資源化利用提供科學(xué)參考。結(jié)果表明,活性炭載鐵催化劑對(duì)竹材微波熱解過程有一定影響。催化劑具有良好的微波吸收性能,能夠提高竹材升溫速率和最高熱解溫度,當(dāng)活性組分負(fù)載量為7.49%時(shí),最高熱解溫度高達(dá)699.8℃,與純竹材相比增加了54.38%。活性炭及催化劑的添加提高了氣體產(chǎn)率而降低生物油的產(chǎn)率,而且隨著活性組分負(fù)載量的增加,液體產(chǎn)率逐漸降低,氣體產(chǎn)率逐漸增加,熱解得到的氣體產(chǎn)率最大為69.11%。催化劑對(duì)環(huán)類化合物開環(huán)裂解生成直鏈類化合物以及合成氣（H2+CO）的生成有一定催化作用,活性組分負(fù)載量的增加使得這種催化作用得到加強(qiáng),當(dāng)活性組分負(fù)載量為7.49%時(shí),氣體產(chǎn)物中合成氣的產(chǎn)率及體積分?jǐn)?shù)分別為17.5 mmol/g和77.24%。 

【文章來源】：農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào). 2019,35(02)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

竹材熱解的DSC曲線Fig.1DSCcurveofbamboopyrolysis

第2期董慶等：微波輻照下活性炭載鐵催化劑催化熱解竹材特性研究237功率為600W，熱解時(shí)間設(shè)定為20min。熱解揮發(fā)分從反應(yīng)器頂部排出，經(jīng)保溫管道進(jìn)入冰水混合物冷凝系統(tǒng)，收集得到的冷凝液體即為液體產(chǎn)物。熱解反應(yīng)結(jié)束后，在氮?dú)夥諊聦⒐腆w產(chǎn)物冷卻至室溫并進(jìn)行收集。不可冷凝氣體經(jīng)凈化裝置后用氣袋收集。液體產(chǎn)率和固體產(chǎn)率以反應(yīng)后得到的液體和固體質(zhì)量除進(jìn)樣量得到，氣體產(chǎn)率通過差減法計(jì)算得到。無活性炭或催化劑添加時(shí)的樣品標(biāo)記為PB，添加活性炭的樣品標(biāo)記為BC-0，添加催化劑的樣品根據(jù)Fe(Ac)2添加量分別標(biāo)記為BC-0.01、BC-0.05、BC-0.1及BC-0.15。1.4產(chǎn)物分析方法將熱解得到的生物油加入無水硫酸鈉，充分震蕩10～15min，靜置30min后經(jīng)過干燥濾紙過濾除去硫酸鈉，再用無水乙醇稀釋進(jìn)行成分檢測。采用氣相色譜-質(zhì)譜（GC-MS）聯(lián)用儀（GC，7890A；MS，5975C，Agilent）對(duì)液體產(chǎn)物進(jìn)行定性分析。色譜柱型號(hào)為DB-5MS毛細(xì)管柱（30m×0.25mm×0.25μm），流量為1.0mL/min的高純氦氣（99.999%）作為載氣。進(jìn)樣口溫度維持在280℃，進(jìn)樣體積為1μL，分流比為1:30。柱箱溫度設(shè)置按以下程序進(jìn)行：40℃維持3min；以5℃/min的升溫速率升到180℃并保持2min；以10℃/min的升溫速率升至280℃，維持2min。操作條件下的電離能維持在70eV，質(zhì)核比（m/z）掃描范圍為35～550amu。采用氣相色譜GC（6890N,Agilent）對(duì)氣體產(chǎn)物進(jìn)行分析，以高純氦氣（99.999%）作為載氣，TCD檢測器保持在250℃，采用PLOTQ毛細(xì)管色譜柱和MS分子篩柱串聯(lián)。柱箱溫度?

農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)（http://www.tcsae.org）2019年238物被還原為Fe3O4、FeO及單質(zhì)Fe。催化過程中所發(fā)生鐵氧化物的還原反應(yīng)如下：xyxy1C+FeOFeO+CO（1）xyxy12CO+FeOFeO+CO（2）2xyxy12H+FeOFeO+HO（3）2.2升溫特性微波加熱條件下竹材升溫特性曲線如圖3所示。由圖3可知，活性炭及Fe/AC催化劑對(duì)竹材的最高熱解溫度和升溫速率有顯著影響。600W微波功率下，純竹材達(dá)到的最高熱解溫度僅為453.3℃，活性炭及催化劑的添加大幅提高了竹材最高熱解溫度，BC-0、BC-0.01、BC-0.05、BC-0.1及BC-0.15的最高熱解溫度分別為626.5、640.1、669.2、690.7及699.8℃，與純竹材相比分別增加了38.21%、41.21%、47.63%、52.37%及54.38%。此外，在微波加熱初始階段（0～4min），活性炭以及Fe/AC催化劑的添加使得物料升溫速率稍微有增加，隨著加熱的進(jìn)行，升溫速率增加顯著。注：PB為竹材原料，BC-0~BC-0.15為添加不同催化劑的樣品。下同。Note:PBisbamboomaterials,BC-0~BC-0.15aresampleswithdifferentcatalysts.Sameasbelow.圖3竹材升溫曲線Fig.3Temperature-risingcurvesfordifferentbamboosamples活性炭吸收微波性能良好，微波加熱初始階段能夠吸收大部分微波能，并通過導(dǎo)熱及對(duì)流方式傳遞給周圍物料，導(dǎo)致物料升溫速率稍有增加。當(dāng)溫度超過200℃時(shí)，竹材發(fā)生熱解，升溫特性主要由活性炭吸波和反應(yīng)吸放熱情況決定，由圖1可知，竹材熱解主要以放熱反應(yīng)為主，盡管在350℃時(shí)纖維素?zé)峤鈱?dǎo)致吸熱峰的出現(xiàn)，但由于溫度區(qū)間較窄，竹材熱解迅速轉(zhuǎn)入木質(zhì)素?zé)峤鈪^(qū)間，導(dǎo)致?

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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