亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        溫度對(duì)水葫蘆熱解特性的影響

        2013-10-11 02:49:52衛(wèi)文娟李寶霞
        化工進(jìn)展 2013年9期
        關(guān)鍵詞:水葫蘆生物質(zhì)產(chǎn)物

        衛(wèi)文娟,李寶霞

        (華僑大學(xué)化工學(xué)院,福建 廈門 361021)

        生物質(zhì)是世界上第四大能源資源,通??梢詮牧謽I(yè)和木材廢料、藻類、作物殘?jiān)凸I(yè)廢物中獲得。但是,這些生物質(zhì)資源的實(shí)際潛力沒有被準(zhǔn)確的評(píng)估,大多數(shù)潛在能量并沒有被充分利用。每年數(shù)以億噸的各種生物質(zhì)如藻類等肆意地在自然界中分解,這不僅是巨大的潛在能量損失,而且也嚴(yán)重地影響到了生態(tài)環(huán)境[1]。水葫蘆儲(chǔ)量豐富、分布廣泛,繁殖能力強(qiáng),危害水體中其它生物的生長(zhǎng),且能夠富集重金屬。利用熱解技術(shù)處理水葫蘆,可以變廢為寶,將其轉(zhuǎn)化為有利用價(jià)值的產(chǎn)物。

        近年來,各種碳質(zhì)材料如生物質(zhì)、石油殘?jiān)?、廢舊塑料等在經(jīng)濟(jì)和環(huán)境方面的應(yīng)用備受關(guān)注,尤其是生物質(zhì)的熱解[2-3]。水葫蘆富含氮,高達(dá)3.2%(干基),碳氮比約為15[4],近幾年被廣泛地研究應(yīng)用,但是對(duì)其熱解機(jī)理的研究仍然很不明了。本文致力于研究水葫蘆的熱解溫度段,并著重分析探究水葫蘆主要溫度段的反應(yīng)機(jī)理,為后續(xù)生物質(zhì)的熱解研究提供基本數(shù)據(jù)參考。

        1 實(shí)驗(yàn)

        1.1 樣品與裝置

        水葫蘆來自于華僑大學(xué)周邊湖畔,所采用的樣品是經(jīng)過清洗、干燥、粉碎、篩分后的90目的粉末。3種主要組成的含量為:纖維素8.65%,半纖維素42.89%,木質(zhì)素15.21%。另外的33.25%主要由水分(9.16%)、灰分(6.81%)、粗蛋白、粗脂肪等組成。因而,熱分解反應(yīng)主要是纖維素、半纖維和木質(zhì)素的分解。

        熱解裝置是固定床系統(tǒng),主要分為4個(gè)部分,依次為載氣、熱解、冷凝、收集。載氣為N2,反應(yīng)器為石英管,如圖1所示。

        1.2 實(shí)驗(yàn)方法

        水葫蘆樣品15 g在反應(yīng)器升溫之前預(yù)先用石英舟裝好置于反應(yīng)器中。載氣N2以300 mL/min從反應(yīng)器左側(cè)的氣體入口進(jìn)入,由左至右連續(xù)吹掃,為生物質(zhì)熱解提供惰性環(huán)境。熱解爐從室溫以30℃/min的升溫速率升溫至設(shè)定溫度(275℃、375℃、450℃、550℃),并恒溫10 min,而后自動(dòng)冷卻,反應(yīng)結(jié)束。氣體產(chǎn)物采用氣袋從反應(yīng)器升溫開始收集直到反應(yīng)結(jié)束,以供后續(xù)分析。熱解結(jié)束后,取出固體剩余物稱重,確定生物質(zhì)炭的產(chǎn)量。氣體產(chǎn)物產(chǎn)量是通過分析整個(gè)熱解段各種氣體產(chǎn)物(主要是CO2、CO、H2、CH4)的體積份額和累積體積產(chǎn)量,進(jìn)而轉(zhuǎn)化為質(zhì)量產(chǎn)量而得到的(室溫、常壓下1 mol=24.45 L)。液體產(chǎn)物產(chǎn)量通過差減計(jì)算得到,主要包括焦油、有機(jī)生物油、水分和稍許細(xì)小生物質(zhì)炭顆粒。冷凝器和可能有冷凝物的所有連接管都使用三氯甲烷溶液進(jìn)行清洗、并收集,以便對(duì)生物油特性進(jìn)行進(jìn)一步的分析。

        生物質(zhì)熱解的氣體產(chǎn)物采用帶有TCD的氣相色譜儀9160進(jìn)行定量分析,色譜柱條件為:載氣為高純Ar,柱溫為60℃,進(jìn)樣器溫度為100℃,熱導(dǎo)溫度為100℃。生物油采用型號(hào)為GCMSQP2010的氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀進(jìn)行分析,色譜柱為DB-Wax極性柱。生物質(zhì)炭采用掃描電子顯微鏡S-3500N和X射線衍射儀D8ADVANCE進(jìn)行分析,XRD主要參數(shù)設(shè)置如下:起始角度為5°,終止角度為60°,掃描速度為5°/min。

        2 結(jié)果與討論

        生物質(zhì)的熱解過程分為4個(gè)階段,分別為脫水階段、預(yù)熱階段、熱解階段和炭化階段。水葫蘆在30℃/min的升溫速率下進(jìn)行單獨(dú)熱解的基本特性如圖2所示。

        從圖2中的熱解曲線可知,水葫蘆的熱解主要發(fā)生在250~800℃,但從微分曲線上看,熱解速率有兩個(gè)峰,一大一小,兩個(gè)峰谷溫度點(diǎn)分別約為325℃和500℃。因此分別取低溫?zé)峤鉁囟榷?75~375℃和高溫?zé)峤鉁囟?50~550℃探討水葫蘆的熱解反應(yīng)。

        2.1 熱解溫度對(duì)三相產(chǎn)物產(chǎn)率的影響

        不同熱解終溫下水葫蘆熱解的主要產(chǎn)物的量見圖3,隨熱解溫度的升高,氣體產(chǎn)物的質(zhì)量降低,生物油的質(zhì)量升高,生物質(zhì)炭的質(zhì)量先降低而后稍升高。在低溫?zé)峤鉁囟榷?75~375℃時(shí),生物質(zhì)炭的質(zhì)量從8.0743 g減少至6.3600 g,氣體產(chǎn)物的質(zhì)量從4.5401 g減少至3.1276 g,分別降低了21.23%和31.11%,而生物油的質(zhì)量從2.3856 g增加到5.5124 g,提高了131.07%;在高溫?zé)峤鉁囟榷?50~550℃時(shí),氣體產(chǎn)物的質(zhì)量從3.2751 g降至2.5763 g,降低了21.33%,而生物油的質(zhì)量從5.7681g增加到6.7840 g,生物質(zhì)炭的質(zhì)量從5.9568 g增加到6.1397 g,分別增加了17.61%和3.07%。由此可見,生物油的生成主要發(fā)生在低溫?zé)峤鉁囟榷?75~375℃,而在高溫?zé)峤鉁囟榷?50~550℃生物油的產(chǎn)率變化不是很大。

        在較低熱解溫度時(shí),水葫蘆中的芳香族聚合物中相對(duì)較弱的氧橋鍵和單體苯環(huán)上側(cè)鏈鍵斷開,形成活躍的含苯環(huán)自由基,易與其它分子或自由基發(fā)生縮合反應(yīng)形成結(jié)構(gòu)更為穩(wěn)定的大分子,進(jìn)而積炭。溫度升高,生物質(zhì)內(nèi)部的有機(jī)官能團(tuán)發(fā)生斷裂、重組[5],從而生物質(zhì)炭量顯著減少。同時(shí),盡管氣體產(chǎn)物的體積隨溫度的升高而增加,變化不是很顯著,但是在后續(xù)的分析中可知?dú)怏w成分的變化非常明顯,在高溫?zé)峤鉁囟榷?50~550℃,相對(duì)分子質(zhì)量較小的組成如H2和CH4的含量較多,因而總的氣體質(zhì)量較小。

        2.2 氣體產(chǎn)物特性分析

        從圖4中可見,在低溫?zé)峤鉁囟榷?75~375℃,氣體的量變化并不是很大,主要是CO2的增加,CO和H2含量也稍有增加,分別只增加了6.71%和2.57%;隨著熱解反應(yīng)的進(jìn)行,在高溫?zé)峤鉁囟榷?50~550℃,生物質(zhì)炭進(jìn)一步吸熱發(fā)生還原反應(yīng)而釋放出氣體,同時(shí)焦油中的多原子碳?xì)浠衔镌诟邷叵聲?huì)發(fā)生鍵斷裂,生成更多的雙原子氣體,而且易揮發(fā)組分可能發(fā)生二次裂解,生成的氣體產(chǎn)物從2.79 L增至4.81 L,CO和H2含量都增加較為明顯,分別增加了36.81%和9.48%,CO2含量的減少也證明了這一點(diǎn)。因此,高溫明顯有利于可燃性氣體CO和H2的生成。

        2.3 生物油特性分析

        GC-MS對(duì)生物油檢索結(jié)果如表1和表2。表中列出的是生物油組成中含量前九位的生物油組分。

        表1 275℃與375℃下生物油組成

        表2 450℃與550℃下生物油組成

        在低溫?zé)峤鉁囟榷?75~375℃,含量為12.74%的葡萄糖C12H14O4基本分解,與生物油中的鄰苯二甲酸C16H22O4等發(fā)生酯化反應(yīng),導(dǎo)致生物油中酯的含量明顯增加,如油酸甲酯C19H36O2的含量提高了12.45%,亞油酸甲酯C19H34O2和棕櫚酸甲酯C17H34O2的含量分別增加了7.77%和4.69%;在高溫?zé)峤鉁囟榷?50~550℃,生物油中的多原子碳?xì)浠衔锶珲ヮ惪赡茉诟邷叵乱装l(fā)生分解,形成酸,溫度越高,分解反應(yīng)越劇烈,如鄰苯二甲酸二乙酯C12H14O4的含量降低了14.74%。同時(shí),酸類的含量進(jìn)一步降低,與生物油中的某些復(fù)雜化合物發(fā)生反應(yīng),導(dǎo)致乙酸C2H4O2和十六酸C16H32O2的含量分別降低了0.35%和0.75%,葉綠醇C20H40O的含量提高了0.53%。因此,與高溫?zé)峤鉁囟榷蔚纳镉拖啾?,低溫?zé)峤鉁囟榷蔚纳镉偷钠焚|(zhì)較高,HanisomAbdullah等[6]也研究發(fā)現(xiàn)類似的結(jié)論。

        另一方面,由于隨著溫度的升高,高熱值氣體產(chǎn)物H2、CH4和CO的不斷形成,275℃、375℃、450℃和550℃下生成的生物油的熱值逐漸降低,分別為29245.43 J/g、28929.29 J/g、27200.10 J/g、26285.28 J/g,與前面的氣體產(chǎn)物分析結(jié)果相吻合。

        2.4 生物質(zhì)炭特性分析

        生物質(zhì)炭的X射線衍射圖見圖5。由圖5可見,其譜圖與相對(duì)應(yīng)的化合物KCl在JCPDS PDF-2數(shù)據(jù)庫(kù)(PDF#41-1476)里的譜圖一致。王樹榮等[7]實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),氯化鉀的催化作用都發(fā)生在固相物料中,以離子形式參與到有機(jī)分子基團(tuán)內(nèi)部,有利于裂變和歧化反應(yīng),提高乙醇醛、乙醛以及低分子量醇基、羰基化合物的含量。同時(shí),從圖5中可以看出,在低溫?zé)峤鉁囟榷蜗拢?75℃和375℃分別熱解得到的生物質(zhì)炭樣品的特征衍射峰存在著明顯的差異,而在高溫?zé)峤鉁囟榷蜗拢?50℃和550℃分別熱解得到的生物質(zhì)炭樣品的特征衍射峰的差異并不是很明顯。因此,可推測(cè)大部分反應(yīng)發(fā)生在低溫?zé)峤鉁囟榷?,隨著溫度的升高,晶體相態(tài)更加穩(wěn)定。

        另外,通過掃描電子顯微鏡SEM拍的顯微照片也可以看出,不同溫度下熱解后的生物質(zhì)炭的形態(tài)是不一樣的,隨著溫度的升高,生物質(zhì)炭的結(jié)構(gòu)更為蓬松。高溫?zé)峤鉁囟榷蜗拢嗟臍怏w分子生成,氣體產(chǎn)物的釋放使得形成的生物質(zhì)炭的孔結(jié)構(gòu)更大,從而比表面積越大。

        3 結(jié)論

        (1)隨著熱解溫度的升高,生物質(zhì)炭的量顯著減少,生物油的量明顯增加,在較高熱解溫度段450~550℃,分子量小的高熱值氣體組分如H2和CO大量生成,導(dǎo)致氣體產(chǎn)物的質(zhì)量先增加而后降低。

        (2)低溫?zé)峤鉁囟榷?75~375℃生物油產(chǎn)率變化較大,熱值較高,且其組分品質(zhì)明顯優(yōu)于高溫?zé)峤鉁囟榷?50~550℃生成的生物油。

        (3)高溫?zé)峤鉁囟榷?50~550℃下,生物質(zhì)炭的結(jié)構(gòu)孔徑較大,晶體相態(tài)更加穩(wěn)固。

        [1]Wihersaari M.Evaluation of greenhouse gas emission risks from storage of wood residue[J].Biomass Bioenergy,2005,28:444-453.

        [2]李軍,魏國(guó)海,楊維軍,等.生物質(zhì)熱解液化制油技術(shù)進(jìn)展[J].化工進(jìn)展,2010,29(s1):43-47.

        [3]Brebu M,Ucar S,Vasile C,et al.Co-pyrolysis of pine cone with synthetic polymers[J].Fuel,2010,89:1911-1918.

        [4]Gunnarssona C C,Petersen C M.Water hyacinths as a resource in agriculture and energy production:A literature review[J].Waste Management,2007,27:117-129.

        [5]Fu P,Song H U,Xiang Jun,et al.Mechanism study of rice straw pyrolysis by fourier transform infrared technique[J].Chinese Journal of Chemical Engineering,2009,17(3):522-529.

        [6]Abdullah H,Wu H W.Biochar as a fuel:1.Properties and grindability of biochars produced from the pyrolysis of Mallee wood under slow-heating[J].Energy&Fuels,2009,23:4174-4181.

        [7]王樹榮,廖艷芬,文麗華,等.鉀鹽催化纖維素快速熱裂解機(jī)理研究[J].燃料化學(xué)學(xué)報(bào),2004,32(6):694-698.

        猜你喜歡
        水葫蘆生物質(zhì)產(chǎn)物
        低共熔溶劑在天然產(chǎn)物提取中的應(yīng)用
        水葫蘆
        生物質(zhì)揮發(fā)分燃燒NO生成規(guī)律研究
        能源工程(2021年5期)2021-11-20 05:50:44
        《生物質(zhì)化學(xué)工程》第九屆編委會(huì)名單
        基于無線遙控的水葫蘆清理裝置的設(shè)計(jì)
        《造紙與生物質(zhì)材料》(英文)2020年第3期摘要
        《天然產(chǎn)物研究與開發(fā)》青年編委會(huì)
        水葫蘆
        生物質(zhì)碳基固體酸的制備及其催化性能研究
        水葫蘆的秘密
        欧美国产小视频| 天天综合天天爱天天做| 97久久久久人妻精品区一| 东京道一本热码加勒比小泽| 日本一区二区免费高清| 乱人伦中文视频在线| 亚洲av片不卡无码久久| www.久久av.com| 国产一区精品二区三区四区| 中文字幕人成人乱码亚洲av| 少妇下蹲露大唇无遮挡| 国产91精品成人不卡在线观看| 在线播放中文字幕一区二区三区| 麻豆国产精品一区二区三区| 麻豆精品久久久久久中文字幕无码| 国产av国片精品| 国产桃色精品网站| 曰日本一级二级三级人人| 国产乱人对白| 亚洲av永久无码一区| 久天啪天天久久99久孕妇| 亚洲第一女人的天堂av| 狠狠色噜噜狠狠狠777米奇小说 | 日韩亚洲无吗av一区二区| 成人欧美一区二区三区| 美女在线国产| 精品人妻夜夜爽一区二区| 国产av在线观看久久| 毛片24种姿势无遮无拦| 亚洲一区二区三区在线观看播放| 亚洲精品综合久久中文字幕| 无码乱肉视频免费大全合集| 性一乱一搞一交一伦一性| 天堂Av无码Av一区二区三区| 天天色天天操天天日天天射| 久久久国产乱子伦精品作者| 国产精品麻豆成人AV电影艾秋| av免费观看在线网站| 久久黄色视频| 日韩a毛片免费观看| 日韩午夜在线视频观看|