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竹废料微波裂解及其产物性质的研究

罗爱香

   在能源危机和环境保护的双重压力下,生物质能的开发利用受到人们的广泛关注。生物质热化学转化技术是生物质能源化转化利用研究中的一个重点,本文阐述了生物质能源的特点及利用技术,认为生物质快速热裂解技术是目前世界上生物质能研究开发中最具潜力的实用技术之一。通过比较细统地总结了国内外生物质热裂解制取生物油的研究现状,特别是对不同类型的典型反应器的比较,确认微波裂解即是新型的生物质快速热裂解技术之一,由于微波加热的种种优点(如:高效快速、节能省电、选择性、无污染和易控制等),可有效的应用于生物质的快速热裂解研究。毛竹是我国重要的林业资源之一,利用率较低,本文结合江西省重大攻关项目“利用竹废料转化生物可降解材料”(项目编号Z02698),利用自行设计研制的以微波反应器为主体的生物质快速热裂解系统,进行了竹废料微波裂解及其产物性质的研究。 本文对竹废料的微波裂解进行了系统的试验研究,得出了微波裂解过程中原料含水率、裂解温度、裂解功率、原料粒径、催化剂、焦炭用量等主要参数对竹废料微波裂解各产物分布的影响规律。并通过竹废料的热重试验得知,竹废料的微波热裂解过程是个复杂的动力学过程,主要包括微量的失重、纤维素和半纤维素的热解以及木质素的热解三个阶段。在此基础上,利用“通用旋转中心组合设计”优化了竹废料微波裂解制取生物油的工艺,得到最佳的工艺参数为裂解功率800W,裂解温度492℃,焦炭用量4.2%,裂解时间13min,该条件下,竹废料微波裂解所得的液体得率为52.80%。 利用现代精密仪器对试验所制取生物油的主要物理特性(灰分、水分、粘度、密度、pH值、残渣率和酸值)及成分进行了详细地分析研究。结果表明生物油成分复杂,具有高氧含量及高含水率的特性,此外生物油呈酸性,腐蚀性强,稳定性差,因而必须通过进一步改性后才能得到更好的利用。 竹废料微波裂解的固体产物竹炭的得率基本在20%以上,本文对不同工艺参数下的竹炭特性进行了分析。由不同催化条件下竹炭的红外光谱图知,经过无机试剂催化后,竹炭的表面结构增加了部分含氧/氮基团,增强或扩大了竹炭的吸附活性,因而改变了竹炭对有机物、无机物的吸附选择性。因而本文又对裂解所得竹炭进行了不同化学活化法处理的试验研究,使竹炭孔隙得到充分发展以获得吸附性能良好的产品。结果发现在KOH浓度25%,浸渍时间24h,微波功率800W,活化时间7min的工艺条件下活化的竹炭,其碘吸附值为1239.08mg·g~(-1),亚甲基蓝吸附值为274.95mg·g~(-1),比表面积为1394.16m~2·g~(-1)。产品的吸附指标超过了国家一级品标准(GB/T13803.2-1999)的要求。 根据竹废料微波裂解产物特性的研究分析,本文还详细总结了各产物的应用前景。……   
[关键词]:竹废料;微波裂解;生物油;竹炭;活化
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:南昌大学2007年