有机氯对废弃物衍生焦炭结构和反应活性的影响

采用聚氯乙烯（PVC）为氯源与废弃物典型组分等量混合后在500 ℃氮气气氛条件下制成焦炭样品,通过热重（TGA/DTG）、扫描电子显微镜（SEM）、能谱（EDS）和拉曼光谱分析手段,对样品进行了焦炭碳结构和反应活性分析.结果表明,有机氯会抑制废弃物衍生焦炭的活性,使淀粉热解焦炭最大反应速率从0.15 min^-1下降至0.13 min^-1.动力学方面,淀粉（60.575 kJ·mol^-1）和纤维素焦炭（101.686 kJ·mol^-1）样品的表观活化能均小于其与PVC混合物的热解焦炭;而PVC的添加则会使淀粉和纤维素热解焦炭中的C结构更趋于无序化.微观角度方面,添加PVC后的焦炭表面同样呈现出纤维丝状结构,但气壁更加粗糙,表面有较多的褶皱,破坏了由废弃物内在碱金属催化形成的孔隙结构,使得焦炭表面结构破碎化程度更高.     

含油污泥与污水污泥共热解特性及动力学研究

热解是危/固废处理处置的一种重要技术手段,热重及热解动力过程研究在快速提升原料热解特性认识上具有较大的参考价值。通过含油污泥、污水污泥及混合污泥热重分析发现,混合污泥和含油污泥的热解进程基本一致,污水污泥的掺入仅改变了混合污泥的热解程度。动力学分析表明,3种样品成分复杂,活化能均较低,热解初期反应强烈,随着有机组分反应逐渐热解完毕,反应级数趋于降低;通过分析3种样品各阶段活化能和频率因子发现,含油污泥和污水污泥的共热解在低温区的相互作用较弱,在高温区表现出一定的协同作用。     

医疗废物典型组分的热重分析及新的动力学模型

为研究医疗废物的热解失重规律和反应动力学机制，对其热失重过程进行了模拟．利用差热热重分析仪，在氮气气氛下对医疗废物的14种典型组分进行了热解实验，建立了“整体两步四反应模型”．结果显示，样品失水后，在160℃-290℃之间开始热解，次序依次为药物类、塑料类、蛋白质类、生物质类、合成纤维类和橡胶类；经过一步或两步失重，在800℃时热解基本完成．所建立的“整体两步四反应模型”能很好地描述样品的热解行为，最大相对误差为1．68％，并可以对医疗废物的热解产物进行预测．     

陈腐垃圾的热解特性及动力学研究

采用热重法研究了陈腐垃圾中不同组分的热解特性。通过实验得到了陈腐垃圾及其主要组分（包括草木、腐殖质和塑料）的TG／DTG曲线。通过对TG／DTG曲线进行分析,得到了它们的热解温度、挥发分完全析出温度等重要参数。采用Doyle法研究了热解过程的动力学特性,计算出了反应的一级反应动力学参数。     

聚氯乙烯(PVC)类医疗废物的热解特性研究

为研究含聚氯乙烯医疗废物的热解特性,选取输液管和尿样盒为对象,利用差热热重分析仪,在氮气气氛下进行热重实验,探讨了二者热失重行为和机制,分析了反应过程中热量变化及热解剩余物性状,建立了反应动力学模型.结果表明,输液管和尿样盒的降解过程以主要成分PVC的热解机制为主导,分别在约200～390℃和约390～550℃区间内,呈现两段主要的热解过程,最大热解速率分别出现在315℃和470℃左右;增塑剂可降低样品脱氯的温度并增加失重率,样品复杂的成分导致失重峰不规则且不平滑;热解过程为吸热反应,呈现2个明显的阶段,分别对应试样的两段热解,热延迟的存在导致DTA峰温稍滞后于对应的DTG峰温;建立的"整体两步四反应模型"能很好地描述输液管和尿样盒的热解行为.     

PVC热解过程中HCl的生成及其影响因素

采用热重分析仪(TG)对聚氯乙烯(PVC)的热解特性进行研究.在不同条件下进行PVC热解制取氯化氢(HCl)实验,研究载气流量、入料量、热解时间和热解温度对氯化氢产率的影响,得出最佳热解条件;采用离子色谱(IC)、气相色谱(GC)、气质联用仪(GC-MS)对热解产物进行化学分析,揭示PVC热解制取HCl过程的反应机理.结果表明:PVC热解制取氯化氢的最佳热解条件为载气流量100mL/min、热解时间30min、入料量1.2g和热解温度400℃;PVC热解存在2个失重阶段,即260~320 ℃和390~600 ℃;随热解温度升高,焦油产率由0.95%升高到20.29%、HCl产率由25.69%升高到53.76%,而半焦产率则由54.39%下降到11.27%、气体产率变化范围为9.09%~18.97%;当热解温度低于400 ℃时,气体组分仅检测到H2、C2H4、C3H6;当热解温度高于400 ℃时,检测到的气体组分为H2、CH4、C2H4、C2H6、C3H6、C3H8;随着热解温度的升高,焦油组分中不稳定组分逐渐转化为稳定组分.PVC热解制取HCl的第1反应阶段主要是脱除HCl的链式反应,同时生成少量的苯等芳香族化合物及环烷烃等有机化合物;第2反应阶段主要为少量HCl生成、焦油的结构重整、分子重排、脱苯环和同分异构化等.     

城市生活垃圾典型组分的热解动力学模型研究

对城市生活垃圾中的典型组分进行热重特性试验，根据热失重曲线得出了反应力学参数及反应速率控制方程，进而提出了一个通用的反应速率函数式，提出热解指数这个指标来表征垃圾的热解特性。结果表明：１．垃圾组分中，塑料、橡胶、植物类厨余热解符合三段模型，其余组分符合二段热解模型，在不同的温度范围内，热解的反应机理是不同的，且反应动力学参数也不相同。２．同一种组分，影响其反应速率的主要因素是反应动力学常数，升温速     

不同类型降解地膜的热解特性及热动力学研究

采用差热分析 (DTA)法分析 1种普通地膜和 3种可降解地膜的组成 ,并对地膜的热解过程进行热动力学研究 .结果表明 ,4种地膜的差热曲线有许多相似 ,但也略有差异 ,说明降解膜与普通膜的基本组分相同 ,而添加组分不同 .各地膜热解的反应级数约为 0 93.各地膜热解活化能和指前因子的大小顺序均为 :普通膜 >光降解膜 >光钙型降解膜 >生物降解膜 .     

塑料垃圾的热解气化实验研究

在小型外热式固定床实验台上,对塑料垃圾进行高温热解实验研究。研究主要针对不同的热解终温,目的是弄清热解过程的规律、热解温度对热解产物的影响、热解终温和产气量及气体成分的组分之间的关系。尤其研究了在热解处于末期的时候,强化水煤气反应对结果的影响。     

矿物质组分对低品质生物质热解过程的影响

通过酸洗脱除低品质生物质（鸡粪与猪粪）中的矿物质组分,并使用热重分析仪对酸洗前后样品的热解行为进行了研究.结果表明,由于两种农林废物的有机组成和矿物质含量不同,导致其热解行为差异较大.鸡粪中含有大量的CaCO3,其在高温下分解放出CO2,并与鸡粪半焦中的碳发生气化反应.酸洗不但改变了禽畜粪便中矿物质的含量,而且改变了该...     

污泥预植重金属Cu炭化及炭中重金属的稳定性研究

提出一种污泥预植重金属炭化后固定的概念,并以重金属Cu为代表,以CuCl2的形式植入;研究了在不同Cu预植浓度、不同温度下炭化后污泥本身以及额外添加的重金属在炭中的保留率以及稳定特性,同时采用不同的浸出方法,确定与污泥炭最终处置目标相关的最大可预植量.结果表明,在污泥中Cu的预植量为0.5%(质量分数,以Cu元素计)时,经过热解炭化,90%以上的Cu都保留在污泥炭中,其固定效果与温度有关,400℃以上时,炭化温度越高,Cu越容易浸出.在污泥中预植重金属Cu存在最大容量限制,最大可预植量与污泥炭最终处置目标有关,若选择在卫生填埋场进行填埋,则Cu的预植量不宜超过0.5%.本研究提供了一种污泥包裹其他含重金属的废料共炭化实现无害化的新思路,从而达到用污泥治废的效果.     

金属盐催化生物质热解动力学特性研究

在论述国内外生物质热解技术研究进展的基础上,就金属盐对生物质的催化热解展开动力学研究。以秸秆、稻壳和稻草为原料,利用热重分析仪等实验设备进行热解实验,即在对典型的生物质及生物质和金属盐的混合物进行热解特性实验研究的基础上,分析反应速率与各项物理因素（如金属盐种类、浓度、升温速率等）之间的关系。实验结果表明,金属盐对生物质热解反应具有促进作用,在一定范围内其浓度增加,热解转化率增加,反应速度提高。     

气氛对快速催化热解生物质的影响

通过测定两种气氛下(氮气和二氧化碳)的催化热解(HZSM-5为催化剂)的产率,并利用气质联用仪(GC/MS)分析热解油的成分,研究这两种热解气氛对快速催化热解生物质(玉米杆)的产率和液体产物的影响差异。结果表明:改变热解气氛对结果产生明显影响,CO2气氛对催化热解不利,该气氛下的固液气产率分别为30.30%,37.89%,31.81%,CO2促使快速催化热解的液体产量降低,促进水相产物的生成。对催化热解油的分析发现CO2气氛抑制了HZSM-5的去氧和芳香化催化作用,同时促进稠环芳烃的生成,使产物结构复杂化。     

生物炭的制备及其在强化电子传递和催化性能等方面的研究进展

生物炭作为一种重要的碳质固体材料,其来源广、成本低、性质优良,在土壤改良和环境治理等领域得到广泛应用.该文主要分析总结了不同原料和制备条件对生物炭性质的影响以及生物炭在电子传递与催化等方面的重要作用.结果表明:生物炭的性质、产率等与制备原料和热解参数（热解温度、反应停留时间和加热速率等）等密切相关;相比快速热解,高温慢速热解更有利于生物炭产率和性能的提升;通过化学或物理方法对生物炭修饰改性可定向改变生物炭的比表面积、催化性能或吸附能力;生物炭中大量的表面含氧官能团、持久性自由基使其具备独特的氧化还原特性（如电子传递、催化氧化等）,广泛应用于能源回收以及污染物降解去除等环境领域.该文从生物炭性能的优化提升、环境应用效能的影响因素和关键作用机制,以及生物炭的回收和再生利用等经济效益方面进行了总结和展望,为后续生物炭在环境领域的进一步应用提供了思路,具有重要的科研价值和现实意义.      

生物质基活性炭负载金属催化还原NOx

为研究生物质材料的脱硝性能,利用木质素与纤维素2种生物质基活性炭作为还原剂,用碱金属与过渡金属作为催化活性相,制备了一系列生物质基活性炭负载金属催化剂用于富氧环境中催化还原NO_x,考察了生物质原料种类、炭化温度以及催化剂组分对脱硝效率的影响.结果表明:①当反应温度低于250℃时,炭表面主要是NO_x的吸附过程;而当反应温度高于250℃时,炭还原NO_x行为占主导,并伴随N₂、CO₂与CO的生成.炭化温度对炭反应活性的影响主要依赖于炭化温度对炭材料表面含氧官能团、比表面积以及炭表面金属还原性的影响.②研究中考察的金属（K、Cu、Fe、Ni）均对还原NO_x与O₂有催化作用,其中,K对C-NO_x反应具有明显促进作用,但对C-O₂反应并无明显促进作用,所有样品中SAC-K的选择性因子为0.56,对还原NO_x的选择性最高,且恒温反应过程NO_x还原量（以C计）达到了1 293 μmol/g.③与传统煤基活性炭催化剂相比,木屑基活性炭负载钾催化剂表现出了优良的NO_x还原选择性;X-射线光电子表征结果显示,木屑基活性炭负载钾催化剂优良的性能与其表面钾活性相的高度分散有关.研究显示,相比于煤基炭材料,生物质基炭材料具有更加优异的选择性还原NO_x性能.      

Negative emissions of carbon dioxide through chemical-looping combustion (CLC) and gasification (CLG) using oxygen carriers based on manganese and iron

Carbon capture and storage (CCS) is an economically attractive strategy for avoiding carbon dioxide (CO₂) emissions from, e.g., power plants to the atmosphere. The combination of CCS and biomass combustion would result in a reduction of atmospheric CO₂, or net negative emissions, as plant growth is a form of sequestration of atmospheric carbon. Carbon capture can be achieved in a variety of ways, one of which is chemical looping. Chemical-looping combustion (CLC) and chemical looping gasification (CLG) are two promising technologies for conversion of biomass to heat and power or syngas/methane with carbon capture. There have been significant advances made with respect to CLC in the last two decades for all types of fuel, with much less research on the gasification technology. CLG offers some interesting opportunities for production of biofuels together with carbon capture and may have several advantages with respect to the bench mark indirect gasification process or dual-bed fluidized bed (DFBG) in this respect. In CLG, an oxygen carrier is used as a bed material instead of sand, which is common in indirect gasification, and this could have several advantages: (i) all generated CO₂ is present together with the syngas or methane in the fuel reactor outlet stream, thus in a concentrated stream, viable for separation and capture; (ii) the air reactor (or combustion chamber) should largely be free from trace impurities, thus preventing corrosion and fouling in this reactor; and (iii) the highly oxidizing conditions in the fuel reactor together with solid oxide surfaces should be advantageous with respect to limiting formation of tar species. In this study, two manganese ores and an iron-based waste material, LD slag, were investigated with respect to performance in these chemical-looping technologies. The materials were also impregnated with alkali (K) in order to gauge possible catalytic effects and also to establish a better understanding of the general behavior of oxygen carriers with alkali, an important component in biomass and biomass waste streams and often a precursor for high-temperature corrosion. The viability of the oxygen carriers was investigated using a synthetic biogas in a batch fluidized bed reactor. The conversion of CO, H₂, CH₄, and C₂H₄ was investigated in the temperature interval 800–950 °C. The reactivity, or oxygen transfer rate, was highest for the manganese ores, followed by the LD slag. The conversion of C₂H₄ was generally high but could largely be attributed to thermal decomposition. The K-impregnated samples showed enhanced reactivity during combustion conditions, and the Mangagran-K sample was able to achieve full conversion of benzene. The interaction of the solid material with alkali showed widely different behavior. The two manganese ores retained almost all alkali after redox testing, albeit exhibiting different migration patterns inside the particles. LD slag lost most alkali to the gas phase during testing, although some remained, possibly explaining a small difference in reactivity. In summary, the CLC and CLG processes could clearly be interesting for production of heat, power, or biofuel with negative CO₂ emissions. Manganese ores are most promising from this study, as they could absorb alkali, giving a better conversion and perhaps also inhibiting or limiting corrosion mechanisms in a combustor or gasifier.

     

Heterogeneous Fenton-like degradation of 4-chlorophenol using iron/ordered mesoporous carbon catalyst

Ordered mesoporous carbon supported iron catalysts(Fe/OMC) were prepared by the incipient wetness impregnation method and investigated in Fenton-like degradation of 4-chlorophenol(4CP) in this work. XRD and TEM characterization showed that the iron oxides were well dispersed on the OMC support and grew bigger with the increasing calcination temperature. The catalyst prepared with a lower calcination temperature showed higher decomposition efficiency towards 4CP and H2O2, but more metals were leached. The effect of different operational parameters such as initial pH, H2O2 dosage, and reaction temperature on the catalytic activity was evaluated. The results showed that 96.1% of 4CP and 47.4% of TOC was removed after 270 min at 30°C, initial pH of 3 and 6.6 mmol/L H2O2. 88% of 4CP removal efficiency was retained after three successive runs, indicating Fe/OMC a stable catalyst for Fenton reaction. 4CP was degraded predominately by the attack of hydroxyl radical formed on the catalyst surface and in the bulk solution due to iron leaching. Based on the degradation intermediates detected by high performance liquid chromatography, possible oxidation pathways were proposed during the 4CP degradation.     

稻壳灰中温热处理稳固化垃圾飞灰重金属

利用稻壳灰与某垃圾电厂产生的飞灰为原料,对飞灰和稻壳灰与飞灰的混合物进行中温热处理,探究热处理工艺参数对稻壳灰稳固化垃圾飞灰重金属的影响.在一定温度范围内,反应主要产物为CSSF（即Ca₁₀（SiO₄）₃（SO₄）₃F₂）、Ca₃SiO₅等硅酸盐结晶相,这些物质会包覆重金属,同时,飞灰重金属Pb、Zn、Cu、Cd中相对不稳定的酸溶态和可还原态向更稳定的可氧化态或残渣态转变,使Pb、Zn、Cu、Cd的浸出浓度显著降低;热处理时间延长,稻壳灰添加量增加,会使热处理样中硅酸盐种类增多,结晶度提高,导致重金属的浸出浓度逐渐降低;稻壳灰添加量在2%~4%范围内,经中温热处理样品的重金属浸出浓度较低,添加量过高时（超过6%时）,重金属浸出浓度逐渐升高.     

碳酸化对不同碱度飞灰中重金属的长期影响

通过对不同地区生活垃圾焚烧飞灰进行碳酸化处理,采用XRF,SEM以及XRD分析飞灰理化特性,通过pH值测定、重金属浸出实验以及重金属形态分析探究CO₂对不同焚烧飞灰中超标重金属Zn、Pb、Cd的长期影响研究.结果表明,由于焚烧过程中烟气排放限值降低需喷入大量氢氧化钙等脱酸剂,导致焚烧飞灰呈现不同碱度特性.根据醋酸缓冲溶液法浸出实验后的飞灰浸出液pH值,将飞灰分为“酸灰”与“碱灰”,并对两类飞灰进行长期碳酸化实验.对比碳酸化前后飞灰中重金属的浸出毒性,“酸灰”中重金属浸出毒性远大于“碱灰”,但是碳酸化处置后“酸灰”中重金属Zn、Cd的浸出浓度分别降低10%~18%和9%~30%;“碱灰”中重金属Zn和Cd的浸出浓度显著增大,且浸出浓度最大超过《生活垃圾填埋场污染控制标准》的1.46与63.2倍;碳酸化对“酸灰”与“碱灰”中的两性重金属Pb的浸出不具有规律性,但总体而言,碳酸化对“碱灰”中重金属Pb的影响更大.最后通过BCR连续分级提取法分析碳酸化前后飞灰中重金属形态的变化规律,碳酸化后,“酸灰”中重金属Zn、Cd的浸出浓度受到T4赋存占比增加的影响呈下降趋势,但部分样品中T1赋存占比有增加现象,说明此类重金属仍存在浸出风险,而“碱灰”碳酸化后重金属Zn、Cd的浸出浓度受到T1赋存占比增加的影响呈增加趋势.因此在填埋处置前应重点关注不同碱度飞灰中的重金属浸出特性,为飞灰长期稳定填埋提供保障.