微波热解木质生物质的研究进展

随着化石资源的日益枯竭及环境污染问题的日益严峻,开发与利用环境友好的可再生资源受到广泛关注。木质生物质微波热解具有反应速率快、易于控制、安全无污染等优点,但是存在产物分布不均和经济价值不高等问题,严重制约了生物质能的全面与高效利用。系统地介绍了木质纤维素组分的结构,详细阐述了木质纤维素各组分的热解机制,并比较了微波热解与传统热解的差异,探讨了微波热解的影响因素以及微波催化热解木质纤维素的产物分布。此外,介绍不同种类催化剂(碳基材料、分子筛、金属氧化物等)在促进生物质微波热解中的作用,可以高效转化木质纤维素,优化微波热解产物的种类分布,并促进选择性生产特定高值化学品,以实现木质纤维素的资源化和高值化利用。最后,对木质纤维素热解未来研究方向和技术发展进行了展望。     

抗生素菌渣催化热解特性的研究

为了将生物质转化为高品质的液体燃料,以青霉素菌渣为催化热解实验原料,在温度为400,500,600,700℃下进行热解实验,以生物质油产率最大化为目的,探究最佳热解温度。在此基础上,选用CoO/HZSM-5和NiO/HZSM-5作为催化剂,对青霉素菌渣进行催化热解实验,探究催化剂对生物油催化提质的作用。结果表明:不添加催化剂时,青霉素菌渣在500℃条件下热解所得的生物质油产率达到最高。在此温度条件下,添加催化剂CoO/HZSM-5和NiO/HZSM-5时,生物质油的产率相对降低,但催化热解后生物油中烃类物质含量分别增加8.66,7.41百分点,达到25.34%和24.09%;含氧类物质如醇类、酯类和醛类物质含量分别降低9.68,12.49百分点,为31.74%和30.34%;含氮杂环类物质含量分别降低5.96,12.49百分点,为32.51%和35.07%。天冬氨酸、组氨酸、谷氨酸和中间产物DKP的催化热解实验进一步解释了青霉素菌渣催化热解的机理。     

木质素催化快速热解的解聚增值研究进展

木质素是一种复杂的三维非晶态天然芳香聚合物，将其转化为生物燃料替代传统化石能源方面展现出巨大潜力。热解技术已被证实是将木质素转化为高值化学品的有效途径，然而，直接热解过程中普遍存在产物选择性低、产物稳定性差等难题，这些问题限制了木质素的高效转化及工艺经济性。目前，催化快速热解技术在克服上述挑战方面已经取得了显著进展。本文详细阐述了木质素的基本结构单元与其多样的连接模式，介绍了木质素的主要来源和不同种类。基于木质素的热解特性，对其热解过程的关键阶段(初始阶段、主要阶段和碳化阶段的演变)进行了深入阐述。本文还对催化快速热解的必要性进行了探讨，并对常用催化剂进行了全面介绍和综述。最后，对木质素催化快速热解在解聚和增值方面的未来发展方向进行了展望。     

农林生物质热解制富酚生物油研究进展

随着化石资源的日益枯竭及其消耗带来的环境污染问题，开发与利用可再生资源得到广泛关注。农林生物质是一种低成本、易得并且分布广泛的可再生资源，其主要由纤维素、半纤维素和木质素组成，是一种可再生的潜在能源，而农林生物质热解制富酚生物油是一种有前景的高值化转化方式。本综述首先介绍了木质纤维素的热解方式，然后系统介绍了木质纤维素的组成以及生物质种类对木质生物质组成的影响，并深入讨论木质纤维素各主要组分的热解机制并着重介绍制富酚生物油形成路径，以及探讨热解方式和催化剂种类(活性炭、沸石、金属氧化物等)对富酚生物油产率的影响。最后，对木质纤维素热解制富酚生物油的发展方向进行展望。木质纤维素生物质热解制酚类生物油将为化石能源的替代提供一条新的路径，为国家“碳达峰、碳中和”战略提供理论支持。     

“木质素优先”策略下生物质还原催化分离技术研究进展

木质纤维素生物质是地球上最丰富的可再生碳资源，有潜力替代石油来生产清洁燃料和化工产品。当前木质素组分的高效利用很困难，木质素高值化是实现生物质全组分利用的关键。为实现生物质全组分的高值化利用，本文研究了基于“木质素优先”策略的分离机制，综述了木质纤维素还原催化分离的研究进展，探索了木质素脱除率、单酚产率和选择性及碳水化合物保留率等的影响因素，分析了生物质原料、溶剂、酸碱添加剂、催化剂和反应器对“木质素优先”策略的影响规律，提出了新型催化剂和反应器的设计思路，展望了木质素还原催化分离的研究方向。分析表明：单酚产率按照硬木→草本作物→软木顺序依次递减，醇水两相体系有利于木质素和半纤维素的提取与溶解以及纤维素结构的保留，酸的加入不仅提高木质素脱除率和单体收率还能促进半纤维素的水解，半/全流动反应器有效避免后续催化剂和碳水化合物的分离。     

Ga、Zn改性ZSM-5对生物质热裂解产物单环芳烃选择性的影响

针对生物油组分复杂、含氧量高等问题,通过使用金属改性催化剂改善生物油的组成,提高生物油中单环芳烃(Monocyclic Aromatics Hydrocarbon, MAHs)的选择性,并探讨了生物质催化热裂解反应机理。以硝酸镓、硝酸锌为改性剂,采用离子交换法对不同硅铝比的ZSM-5进行改性,使用Py-GC/MS外标法探究硅铝比(30、40、50和60)和金属元素类型(Ga、Zn)对玉米秸秆催化热裂解产物单环芳烃选择性的影响。结果表明,对于Ga/ZSM-5,硅铝比为30时更有利于单环芳烃的产生,此时玉米秸秆催化热裂解产物单环芳烃的相对含量为19.02%,是在母体ZSM-5(30)催化下的1.38倍;对于Zn/ZSM-5,硅铝比为40时更有利于单环芳烃的产生,此时玉米秸秆催化热裂解产物单环芳烃的相对含量为22.18%,是在母体ZSM-5(40)催化下的1.51倍。硅铝比对二甲苯、萘和二甲基萘的产率影响比改性金属元素影响大,改性金属元素对苯、甲苯和茚的产率影响比硅铝比影响大。从生物油的相对含量、元素组成、芳香烃的相对含量、以及单环芳烃的产率来看,Zn/ZSM-5(40)的催化效果优于Ga/...     

稻壳直接液化及催化裂解产物分析

分别采用酸性水溶液和碱性水溶液作为反应溶剂,在水热反应釜中进行直接液化反应,初级液化产物在不同温度下催化裂解,通过测定液体产物的酸值、羟值、热值以及残渣的纤维素、半纤维素、木质素、挥发分含量来确定最佳实验条件。结果表明:使用15%氢氧化钠水溶液作为反应溶剂时液化效果较好,主要体现为木质素明显液化。供氢体的加入对于稻壳的液化没有大的影响,液体产物的酸性变化不大,而羟值普遍减小,分子量增大。加入供氢体后产物的热值有所增加,但是热值还是偏低,不适合作为燃料油使用。以Fe~(3+)/SO_4~(2-)/TiO_2粉体为催化裂解催化剂,裂解产物不理想,热值太低。使用HZSM-5作为裂解催化剂时,催化剂加入量为6%、温度为300℃时热值发生了极大的变化,达到了10 MJ/kg以上,已经比较接近新鲜稻壳的热值,具有了作为燃料油的潜质。     

DBD低温等离子体气化杨木及模型化合物

本文利用低温等离子体技术,使用介质阻挡放电反应器气化杨木屑、纤维素、木聚糖和木质素,用控制变量法研究了频率、载气对反应系统产气能力的影响以及生物质化学组成的气化特性.结果表明,频率越小、载气电离能越低,气化率越高,杨木的最佳气化率为64.11%;木聚糖和纤维素气化产物相似,较纤维素和木质素产气率更高并且能够产生更多CO;木质素主要生成气化炭.同时,利用SEM、BET对原料及气化炭进行了表征研究得出碱金属在高温下发生结晶;木聚糖在气化过程中会发生熔融;等离子体的高功率以及更多的氧化性物质能够使气化炭比表面积显著增加,达到150.71m²/g.     

生物质能源工程技术的研究与开发

该技术利用农村的秸秆，杂草及木屑等生物质，经过一系列干馏热解过程。可产出优质的可供居民生活用气的可燃气、工业用的优质碳、焦油及化工产品。生物质能源技术的研究与开发带来了较可观的经济效益，社会与环境效益。     

不同原料生物质炭DOM组分成分特性

不同原料的生物质炭DOM含量和组分存在差异,选取水稻秸秆（RS）、小麦秸秆（WS）、大豆秸秆（SS）、油菜秸秆（YS）、花生壳（PH）、松木屑（PW）和竹粉（BS）7种生物质原料在450 ℃下制备的生物质炭,采用紫外-可见光光谱（UV-vis）、荧光光谱（EEM）结合平行因子分析（PARAFAC）技术对生物质炭中DOM的光谱特征和荧光组分进行表征.结果表明：木本类生物质炭的DOM含量较秸秆类生物质炭低,分子量较高.从生物质炭DOM中鉴定分离可见区类富里酸组分（C1）、较短波长类腐殖酸组分（C2）、较长波长类腐殖酸组分（C3）和类蛋白质组分（C4）等4种组分.不同原料生物质炭DOM各组分的最大荧光强度（F_max）值表现为C1 ＞ C2 ＞ C3 、C4,秸秆类炭DOM各组分的F_max值显著高于木本类.生物质炭DOM中以C1组分占主导地位,占比达48.87% ~ 79.97%.C2、C3组分在YSB、SSB-DOM中占比最高,分别达32.71%和23.25% ,仅在YSB和PHB-DOM中发现少量C4组分.木本类原料的有机和无机矿物含量远低于秸秆类,原料中纤维素含量与生物质炭DOM总量及其C3组分呈显著的正相关关系, Ca含量与生物质炭的DOM含量及其F_max值和C3组分呈显著正相关,说明不同生物质原料的组成对生物质炭DOM组成特性具有显著的影响,研究结果为全面评估不同原料生物质炭DOM的环境效应提供重要的科学理论依据.     

中国中小城镇生活垃圾"双解"处理技术研究

利用热重-红外光谱连用分析技术对生活垃圾中六种典型成分的热解特性进行研究,研究结果表明生活垃圾中食物残渣、木屑及纸三种生物质类组份的主要热解温度区间为150℃~600℃,热解过程中的主要挥发分为H2O、CO2、CO及含-COOH等多组分气体.PP、PVC及皮革三种人造制品的主要热解温度区间为200℃~500℃,热解过程中的主要挥发分包括CH4、CO2及CO等小分子气体等.根据热解特性研究结果,设计了一套适用于中小处理规模的生活垃圾的"双解"(热解气化+富氧分解)工艺,同时基于本工艺设计出一种新型卧式"双解炉".     

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。     

生物质内在碱金属催化特性的TG-FTIR实验研究

用热重分析仪和傅里叶红外光谱联用(TG-FTIR)技术对稻秆、谷壳及其经过不同预处理的水洗样、硝酸洗样进行实验研究,分析了生物质内在碱金属对其热解过程的影响.对比原样、水洗样和硝酸洗样的热解TG曲线与产气组分发现:内在碱金属的存在对生物质热解具有较大的催化作用,促进了样品半纤维组分的热分解,明显降低了最大反应速率,使样品分解能够在较低温度段完成,提高了热解过程中焦的生成率,强化了去甲烷化反应,促使热解向羟基乙醛、酸类等低小分子液体产物的方向转化,增大了CO_2和CO的生成量.     

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。     

CeCl3和CeO2对松木屑的催化热解作用研究

以松木屑为研究对象,分别负载CeCl₃和CeO₂两种催化剂,制备松木屑原位催化热解原料,探究不同添加比例的CeCl₃和CeO₂两种催化剂在不同热解温度下对松木屑热解产物的产率和气体组分的影响。结果表明:在CeCl₃和CeO₂两种催化剂的催化作用下均能使热解气和焦炭产率增加、焦油产率减小,且随着两种催化剂添加比例的增加,松木屑热解产物的产率和气体组分均有所变化;在650℃的热解温度下,与无催化剂相比,当CeCl₃添加比为10.0%时焦油产率降低至53.05%,下降了11.70%,当CeCl₃添加比为7.5%时热解气产率达到最大值18.58%,当CeCl₃添加比为10.0%时焦炭产率为26.85%,增加了7.48%,热解气H₂和CO₂组分的百分比含量显著增加;当CeO₂添加比为7.5%时焦油产率达到最小值59.95%,下降了4.80%,当CeO₂添加比为10.0%时热解气产率增加了2.39%,当CeO₂添加比为10.0%时焦炭产率相对较大值为21.66%,增加了2.29%,各热解气组分的百分比含量变化较小;在原位催化热解中,CeCl₃催化剂的催化效果优于CeO₂催化剂。     

等离子体热解气化有机废弃物制氢的关键技术分析

等离子体热解气化有机固体废物制氢是一种先进高效的废物处理及资源化利用技术.首先,本文讨论了等离子体热解气化有机废弃物的机理,也概括了等离子体发生器的类型及其特点,其次分析了等离子体处理固体废弃物的影响因素,认为输入功率和载气类型等是影响等离子体处理的主要因素,最后总结了等离子体处理医疗垃圾、农林生物质、污泥等的应用现状与前景,指出等离子体热解气化固体废弃物是一种很有潜力的制氢方法.     

裂解温度对新疆棉秆生物炭物理化学性质的影响

生物质的裂解温度影响其所生产的生物炭炭的物理和化学性质,进而影响其田间应用效果。棉花秸秆是干旱区特别是新疆地区的主要农业生物质资源,其生物炭利用途径有望克服现有秸秆利用途径的不足,但对棉秆生物炭理化性质及其变化的认识还很缺乏。本文在不同的裂解温度下对新疆棉秆生物炭物理和化学性质进行研究,发现随着裂解温度的升高,生物炭的产率、阳离子交换量、O/C和H/C值降低,p H、电导和持水性能提高,Na+、K+趋势不明显,Cl-和SO2-4等盐碱化离子以及Ca~(2+)、Mg~(2+)营养元素含量随温度的升高降低;C、N、S、C/N和灰分等均提高,NH+4-N在550℃碳化条件下含量最高。因此在田间应用中,应针对土壤特点和解决的问题,调控碳化温度,从而达到趋利避害的目的。     

生物质再燃脱硝及其同相还原反应特性

利用固定床反应器研究了稻壳、木屑和玉米秸3种生物质在不同工况〔再燃温度、φ(O₂)〕下的再燃脱硝效率,同时考察了再燃区出口处CO、H₂、碳氢类物质(主要是CH₄)、HCN和NH₃的体积分数随工况的变化规律. 结果表明:生物质类型对再燃脱硝效率有很大影响,木屑再燃脱硝效率最大值达57.0%±2.1%,高于稻壳(50.0%±1.5%)和玉米秸(51.0%±1.1%). 在再燃过程中,生物质产生的热解气能够增强还原性气氛,从而提高再燃脱硝效率,当烟气中φ(O₂)为0%～1%时,再燃脱硝效率较高. 在还原性气氛(800～1 200 ℃)下,3种生物质再燃脱硝效率差异主要来自生物质不同热解气与NO的同相反应. 其中,碳氢类物质对NO的还原起到了关键作用,而CO和H₂所起作用并不大,φ(HCN)与φ(NH₃)之和反映了气相中NO向N₂的转化趋势. 因此,深入了解生物质热解气对其再燃脱硝效率的影响机制有益于燃料再燃脱硝效率的提高.      

生物质催化气化制氢技术研究

在人类面临严重的能源危机与环境污染的背景下,世界各国都在致力于对洁净能源氢的开发和研究,并取得了一定的研究成果。生物质气化制氢是一项富有前景的制氢技术,已引起了世界各国研究者的普遍关注。文章首先介绍了生物质气化制氢技术的国内外研究及应用现状,然后介绍了一种一体式生物质气化炉水蒸汽催化气化制氢的工艺流程,氢气体积的含量可达到50%以上。最后总结了这种工艺在各种制氢方法中,具有技术成熟、工艺简单,效率高等优点,有广阔的应用前景。