烟煤热解过程分子官能团的演化特征及动力学模型

煤热解机理研究对提高煤炭利用效率和减轻生态环境影响具有重要意义。利用傅里叶红外光谱(FTIR)和气相色谱-质谱分析探究煤分子结构官能团和多环芳烃(PAHs)在煤热解过程中的演化特征及热解动力学行为。结果表明：当温度<300℃时,芳香族和脂肪族官能团减少主要缘于煤结构空隙小分子基团的挥发,含氧官能团减少主要因为在该热演化过程中自缔合羟基氢键受热断裂;当温度在300～600℃区间,C—O和脂肪族分别在300,400℃时受热分解,导致芳香族、脂肪族和含氧官能团总量迅速减少。各官能团在高温阶段的活化能均高于低温阶段,·OH和C—O在整个热解阶段的动力学模型均符合二级反应模式,脂肪族官能团在25～400,400～600℃区间分别符合两相界面模型和二级反应模式,CO在25～300,300～600℃区间分别符合三级扩散和二级反应模式。     

抗生素菌渣热解及气态污染物排放特性的研究

抗生素菌渣的热解行为受其热解条件的影响,而明确热解条件对抗生素菌渣热解特性的影响是其热解资源化和无害化的前提。通过在固定床反应器中热解抗生素菌渣(以土霉素菌渣为例),采用热重分析法研究升温速率、菌渣粒径、添加剂(CaO、CeO_2、Na_2CO_3)等热解条件对抗生素菌渣热解特性的影响,并利用傅里叶红外光谱仪(FTIR)分析了其热解过程中SO_2、HCN、NH_3、NO等气态污染物的排放规律。结果表明:抗生素菌渣的热解主要分为两个阶段,即在200~600℃温度区间,抗生素菌渣内有机质充分热解,挥发分大量析出,抗生素菌渣的质量损失从95%降低至40%左右,且在370℃达到最大失重速率9%/min,而在600~900℃温度区间,热解焦继续热解,抗生素菌渣的质量损失从40%降低至30%左右,直至稳定;升温速率的改变对热解焦剩余量的影响较小,但随着升温速率的提高,其热解速率加快;菌渣粒径越小,其热解速率越快,分解越彻底,热解焦的剩余量越少;添加剂能够改善抗生素菌渣的热解活性,降低热解反应的活化能,并可以促进氮、硫元素的转化,使热解气体中HCN、NH_3、NO、SO_2的排放浓度降低。     

生活垃圾热解产物中含氧物质的分布规律

采用热重分析、固定床实验、红外分析(FT-IR)研究了生活垃圾热解行为及产物中含氧物质的分布规律。用热重分析确定了生活垃圾主要失重区间(190~450℃),并计算此温度区间热解活化能为42.76 k J/mol。在热解终温为450~650℃条件下进行生活垃圾固定床热解实验,结果表明:随热解终温的增加,固体产物中氧分布率逐渐减小(39.2%~29.3%);热解气中氧分布率逐渐增加(22.1%~30.9%);热解液中氧分布率在40%左右。生活垃圾热解气中含氧成分主要是CO和CO2,在温度为450~650℃时,CO含量明显高于CO2,而CO2的释放速率则大于CO;固体产物中含氧官能团主要有—OH和C—O,其中峰面积比例顺序为C—O>—OH;热解液中含氧官能团主要有—OH、C O和C—O,其峰面积的比例顺序为—OH>C—O>C O。     

针铁矿与胡敏酸的交互作用及其复合物的稳定性

用碱溶-酸沉淀法制备了针铁矿-胡敏酸复合物.XRD分析表明,复合物的衍射峰都可归属于针铁矿,但其峰强度略弱于针铁矿单体.TEM图像显示,复合物中针铁矿表面包被了形貌不规则的胡敏酸颗粒.与针铁矿和胡敏酸两种单体的IR图谱比较,复合物中羧酸根(COO~-)反对称振动和铁羟基(≡Fe—OH)伸缩振动的频率分别降低了20 cm~(-1)和9 cm~(-1),缔合羟基(H—O····H—O)的振动频率升高了10 cm~(-1),羧酸C—O键的伸缩振动和游离羟基的吸收峰都基本消失.这表明针铁矿表面Fe原子与胡敏酸结构中羧基之间的单齿配位以及针铁矿表面≡Fe—OH与胡敏酸中游离羟基之间的氢键都是二者之间的主要交互作用机制.TG/DTG分析显示,针铁矿单体和复合物中≡Fe—OH的失重峰分别为258℃和276℃,表明胡敏酸的包被作用增强了针铁矿的热稳定性;与胡敏酸单体比较,复合物中脂肪族和芳香族有机质的失重峰温度分别降低了60℃和26℃,且复合物中脂肪族与芳香族有机质的失重量之比明显增大.可见,胡敏酸组分中热稳定性较差的脂肪族组分更容易与针铁矿胶结形成复合物.样品的悬浮液超声分散处理后,胡敏酸和针铁矿单体中大颗粒(2μm)的含量都明显减少;复合物中大颗粒的尺寸和含量的变化却较小.这表明超声分散处理不易破坏复合物中针铁矿与胡敏酸间的胶结作用.     

不同裂解温度对水稻秸秆制备生物炭及其特性的影响

以农业废弃物水稻秸秆为原料,采用限氧裂解法不同温度(300℃、400℃、500℃、600℃、700℃)下制备生物炭,利用SEM电镜扫描、比表面测定、傅里叶红外光谱、元素分析等现代分析手段对生物炭的结构、形貌、比表面积、孔径、表面官能团和元素含量等理化特性指标进行分析表征.结果表明:随着热解温度的升高,产率和挥发分比例下降,灰分含量升高,p H值增大,含碳量上升,N、H、O含量下降,H/C、O/C、(O+N)/C下降,这表明生物炭芳香性增强,亲水性和极性减弱.生物炭具有丰富的孔隙结构,随着温度升高,孔隙数量增加,孔结构发育更加完全.稻秆生物炭孔结构主要为中孔,且随着热解温度的升高,平均孔径变小,比表面积有所增大,在600℃达到最大.红外光谱结果显示,随着裂解温度升高,水稻秸秆中烷烃基缺失,甲基(—CH3)和亚甲基(—CH2)逐渐消失,而芳香族化合物增加,芳香化程度增强.     

污泥与稻秆共热解对生物炭中碳氮固定的协同作用

为了研究共热解对生物炭中碳氮固定的协同效应,利用管式固定炉开展了不同热解温度(300~700℃)下的污泥与稻秆单独热解及其共热解(泥秆质量分别为1∶3、1∶1、3∶1)试验研究.结果发现,污泥和稻秆共热解并不是两种物料单独热解贡献的简单叠加.共热解对生物炭产率无协同效应,但对固定碳产率的协同性受共热解条件影响较大.在相同热解温度下,1∶3和3∶1泥秆比共热解生物炭中的碳和氮含量协同量化值均明显大于1∶1泥秆比下的协同量化值,碳和氮元素含量协同量化值分别在热解温度和泥秆比为(400℃、1∶3)与(400℃、3∶1)时达到最大值12.43%与40.65%.碳和氮固定率协同量化值随热解温度的升高而增加,最大分别为53.77%~56.13%和38.30%~39.12%,说明共热解可显著提高生物炭中碳和氮元素的固定水平.除3∶1泥秆比共热解生物炭中H/C原子比大于理论值,对降低生物炭的芳香度与饱和度具协同作用外,其他共热解条件下的H/C、(O+N)/C、O/C原子比均小于理论值,对提高生物炭的稳定性具明显的协同促进作用.污泥与稻秆在泥秆比1∶3、1∶1与3∶1下共热解,提高协同效应的方式分别为促进脱氧去氢反应、去氢反应与脱氧反应.该研究结果可为生物炭在碳氮封存减排中的应用提供新的工艺途径.     

妥布霉素菌渣的理化性质及危害

文章以制药厂2种妥布霉素菌渣为研究对象,利用原子吸收光谱仪、热重分析仪、扫描电子显微镜、元素分析仪、高效液相色谱仪、傅里叶红外光谱仪等现代分析技术对菌渣的理化性质进行分析表征。结果表明,2种妥布霉素菌渣中重金属含量均较低;菌渣的热解过程可分为水分析出、挥发分析出、炭化3个阶段;2种菌渣中妥布霉素含量分别为10.23μg/g和533.26μg/g;菌渣中C元素含量较高,分别为40%和20%以上;菌渣的主要官能团为C=O和O-H,为蛋白质、糖类的特征官能团。该研究可为抗生素菌渣的处理和资源化利用提供理论依据。     

中药渣生物炭的制备及其对水中四环素的吸附特性研究

以中药废渣为原料,四环素为目标污染物,采用限氧热解法在热解温度分别为300℃、500℃和700℃的条件下制备了不同中药渣生物炭(Biochar, BC),并采用比表面积分析仪(BET)、扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶红外光谱分析仪(FTIR)、X射线光电子能谱仪(XPS)、X射线衍射仪(XRD)等手段对不同中药渣生物炭的物理化学性质进行了表征;通过中药渣生物炭对水中四环素(Tetracycline, TC)的吸附试验,研究了不同中药渣生物炭对水中四环素的吸附特性,考察了溶液初始浓度、吸附时间对溶液中四环素去除效果的影响,并结合吸附动力学、吸附等温线拟合结果探究了中药渣生物炭对水中四环素的吸附机制。结果表明：随着热解温度的升高,中药渣生物炭中有机物分解,含氧官能团种类及其相对含量发生变化,其中含氧官能团C—C的相对含量升高、C—H的相对含量降低,中药渣生物炭的芳香化程度增加,且700℃制备的中药渣生物炭对水中四环素的吸附性能更优;中药渣生物炭对水中四环素的吸附量依次为BC700(93.46 mg/g)>BC500(76.32 mg/g)>BC300(32.92 mg/g),...     

聚乙烯塑料/铬渣共热解还原Cr(Ⅵ)的实验研究

在分析聚乙烯热解特性的基础上,研究热解时间、热解温度及聚乙烯与铬渣质量比对Cr(VI)还原的影响,并运用XANES和EXAFS光谱研究铬元素的形态变化,并对反应机制进行分析.结果表明,(1)聚乙烯在热解过程中可以有效将Cr(VI)还原,还原率随着温度的升高而升高,当热解温度达到550℃,还原率为99.93%;随着PE投加量增大,Cr(VI)还原率逐渐上升,当质量比超过0.05时趋于稳定;Cr(VI)还原伴随塑料热解反应进行,6min后趋于稳定;最优反应条件为热解温度550℃、热解时间6min、PE/铬渣质量比0.05.(2)使用XAS铬形态分析过程中以Cr2O3作为Cr(Ⅲ)的参考物较CrCl_3更为合理,铬渣中Cr(VI)还原产物为无定型Cr_2O_3;(3)由于PE主要由C、H两种元素组成,不含O元素,相比生物质还原剂,可以更高效还原Cr(VI);(4)Cr(VI)与挥发份充分接触反应条件下,Cr(VI)可持续还原.     

不同热解温度制备的玉米芯生物炭对对硝基苯酚的吸附作用

以玉米芯为原料,采用限氧热解法制备了不同温度(200~600℃)的玉米芯生物炭,研究玉米芯生物炭对水中对硝基苯酚(PNP)的吸附行为,并对其吸附机制进行了探讨.结果表明,热解温度对生物炭的物理化学性质影响较大,随着热解温度的升高,含氢、氧官能团逐渐消失,生物炭的极性降低,芳香性增强.等温吸附曲线可以被Freundlich模型很好地描述,生物炭的性质对其吸附PNP有着重要影响,Freundlich模型回归参数(n和KF)与玉米芯生物炭的芳香性、亲水性和极性指数[H/C、O/C、(O+N)/C]呈良好的线性关系.定量描述了表面吸附和分配作用的相对贡献,PNP在低温(200℃)制备生物炭上的吸附主要为分配作用,而高温(300~600℃)制备的生物炭对PNP的吸附为π—π电子受体-供体作用和孔填充效应为主的表面吸附机制.     

抗生素菌渣生物炭的制备及特性

文章以制药厂发酵妥布霉素菌渣为原料,采用限氧裂解法在不同温度下制备生物炭,利用高效液相色谱仪、元素分析仪、扫描电子显微镜、傅里叶红外光谱仪等现代分析技术对菌渣以及生物炭的结构、形貌、比表面积、孔径、表面官能团和元素含量等理化特性进行分析表征。结果表明,菌渣中妥布霉素含量为10.23μg/g,生物炭中未检测到;生物炭中C元素含量和比表面积均比菌渣的高,随着温度升高,C元素含量增大,H/C比下降;生物炭具有多孔结构,主要为中孔;随着热解温度升高,生物炭中烷烃基缺失。该研究可为抗生素菌渣的无害化处理以及菌渣生物炭用于重金属和有机污染物废水处理提供理论依据。     

废冰箱保温材料低温热解及气体成分分析

在80～220 ℃内,通过热重分析仪－傅立叶变化红外线光谱(TGA-FTIR)联用研究半球牌和雪花牌冰箱保温材料(聚氨酯硬质泡沫,简称PUR泡沫)热解特性.结果表明,PUR泡沫的质量损失随温度的增加而快速增大. 80～160 ℃的主要气体化合物有多元醇、氟氯化碳化合物 (CFCs)和含氯烷烃,并未发生热分解;170～220 ℃时发生初始热分解,主要是聚合物主链上的C—O键发生断裂,分解成多异氰酸酯和多元醇,同时还有烯烃产生. 在160 ℃以下加热PUR泡沫可快速移除包裹和吸附于泡沫中的CFCs,但在加热期间,必须收集和处理CFCs.      

铝塑包装废物的热解特性研究

利用热重-差热-傅立叶变换红外光谱联用仪对铝塑包装废物热解特性进行分析,并对物料性质、纸质存在对热解过程的影响进行研究. 结果表明:铝塑包装废物热解主要发生于438～500 ℃,最大失重速率出现在470～475 ℃;产物中主要是—C—C—以及少量的—CC—与芳香烃;反应温度由50 ℃升至850 ℃,铝塑包装废物依次经历聚乙烯熔融软化、热解,铝熔融,铝与焦状物反应等过程;铝塑包装废物中含纸质时,在312.4～363.2 ℃增加了一个失重过程,同时高温时的热解反应更为复杂.      

温度对城市有机垃圾热解焦油成分的影响

以城市有机垃圾热解焦油为对象,研究了不同热解终温下(600~800℃)焦油的特性及其随温度的变化规律.结果表明:随着热解终温从600℃升高至800℃,焦油中C含量从74.49%增至83.42%;焦油的芳香化程度高于原料而低于热解炭,焦油的极性低于原料和热解炭,随着热解终温的升高,焦油的H/C和O/C逐渐降低;多环芳烃(PAHs)是焦油的主要成分,随着热解终温从600℃升高至800℃,其含量从54.06%增至83.45%;萘及其衍生物是焦油PAHs的主要成分,其含量在热解终温600、700、800℃时分别占PAHs的50.72%、46.80%、39.26%.研究结果证明了垃圾热解焦油可用作碳基复合材料和作为制备染料、树脂、溶剂、驱虫剂等的原料.     

不同热解温度的生物炭在土壤中的矿化作用研究

为探究不同热解温度的生物炭不同组分(易降解和相对难降解碳)对其在土壤中矿化作用的影响及机理,将生物质甘蔗渣和在300、500、800℃下热解生成的生物炭(分别表示为BC300、BC500、BC800)通过水洗法剥离出碳骨架部分,然后加入含有定量土壤菌悬液的石英砂中,设置了50 d的控温培养实验并测定培养过程中不同处理样品的矿化速率.结果表明,随着热解温度从300℃升高至800℃,生物炭的易降解碳含量降低,平均停留时间从2 d增加到38 d,相对难降解碳平均停留时间从14年增加到700多年.环境温度为25℃时,碳骨架中由于缺少微生物可利用的溶解性有机碳,所以在土壤中稳定性强.环境温度升高至35℃时,温度升高提高了微生物活性,增加了碳骨架的微生物可利用部分.800℃热解生成的生物炭(BC800)及其碳骨架(W800)的累积矿化量比空白低,且即使温度升高,W800的相对难降解碳含量仍然保持最高,表明高温生物炭具有更好的固碳效果.     

核桃壳磁性活性炭的制备及条件优化

以农业废弃物核桃壳为原料,用Fe Cl_3和Zn Cl_2作为活化剂,在500℃马弗炉中采用高温煅烧活化法制备核桃壳磁性活性炭。对核桃壳的热解温度进行分析,同时对制备出来的磁性活性炭进行粒度表征,并测定官能团。核桃壳磁性活性炭制备的最佳条件为:活化时间为120 min,活化温度为500℃,m(核桃粉)∶m(Fe Cl_3)∶m(Zn Cl_2)为20∶1∶10,液固比为2∶1。经测定,核桃壳磁性活性炭比表面积为3 266.50 m~2/g,粒度主要分布在0.50~1.00μm,核桃壳磁性炭表面具有CO键、C—H键并负载有磁性物质Fe_3O_4。     

碳气凝胶的制备及其对极性农药的吸附性能

以机械球磨联合TEMPO氧化对木浆纤维进行预处理,并通过高温热解制备碳气凝胶,对其形貌、元素组成、比表面积、孔径结构以及表面官能团进行表征分析,并以阳离子型毗虫啉(IMI)和阴离子型2,4-D为目标物评价其吸附性能.结果 表明:经机械球磨联合TEMPO氧化改性显著增加碳气凝胶的孔和表面C=O官能团含量、比表面积及极性,...     

热解温度和时间对香蒲生物炭性质的影响及生态风险评估

以典型湿地挺水植物香蒲(Typha angustifolia)为原料,采用慢速限氧热解法在200～500℃下分别热解2 h和6 h制备香蒲生物炭(TBCs),探究热解温度和热解时间对TBCs基本性质的影响,同时以微生物大肠杆菌HB101(E.coli HB101)和农作物油葵(Helianthus annuus)种子为受试生物,初步评估了其生态风险.结果表明,热解时间2 h和6 h对TBCs的性质无明显影响,而热解温度显著影响TBCs的性质.随热解温度的升高,TBCs产率降低;碳(C)和灰分含量增加,氢(H)和氧(O)含量逐渐降低;pH显著增加;表面孔隙结构增加;含氧官能团减少,芳香化程度增加;养分元素总磷(TP)和钾(K)含量显著增加.TBCs中溶解性有机质(DOM)的主要组分为腐殖酸类物质和富里酸类物质,随热解温度升高,腐殖酸类物质含量降低,富里酸类物质含量升高.所有TBCs对E.coli HB101生长和油葵种子萌发无显著影响,表明实验条件下TBCs无潜在生态风险.本研究为湿地废弃生物质资源化利用提供了一种新途径,同时也为筛选适用于贫瘠土壤改良的BC改良剂提供了重要的理论依据.     

β-5型木质素二聚体热解机理模拟计算

木质素是由苯基丙烷结构通过C—O键和C—C键连接而成的复杂三维网状无定形高聚物,热解是木质素的重要利用方式,探究木质素热解过程中连接键的断裂机理对于开发高效热解技术至关重要。利用密度泛函理论方法,针对典型的β-5连接木质素二聚体模型化合物,探究其热解过程及取代基的影响。计算结果表明,苯环之间五元环的开环反应是最可能发生的初步反应,其中C_α—O键和C_α—C_β键的键解离能(BDEs)分别为163.9 kJ/mol和212.9 kJ/mol,是最主要的断键开环反应。通过对比甲基、甲氧基、羟基、正丙基等支链对β-5连接键的断裂的影响,发现当两个苯环和β-5连接五元环上分别连接羟基、丙基、羟甲基取代基时,C_α—O键和C_α—C_β键的BDEs最低。对于不同取代基类型和位点来说,C_α—O键均裂始终是最容易发生的初始反应,而C_α—O键和C_α—C_β键连续断裂的路径是β-5连接五元环断裂的主...     

蚯蚓粪便制备生物炭及其对罗丹明B吸附的研究

为了寻求蚯蚓粪便(VM)新型、安全的资源化利用途径,采用慢速热解碳化VM制备生物炭(VMBC)并用作吸附剂.对比分析VM和VMBC的元素组成、pH、电导率、孔结构和表面官能团等理化性质及其热解行为的差异.同时,考察VMBC对罗丹明B(RB)吸附性能,并进一步探讨潜在的吸附机理.结果表明,VM经过热解碳化后,C、H、O、N、S的含量下降,芳香性和非极性增大.热重分析显示,VM有4个明显的失重阶段,且失重量较大,而VMBC在220℃和600℃有2个失重阶段,且失重量较小,表明VMBC热稳定性更高.VMBC对RB吸附在12 h达到平衡,增加pH不利于RB的吸附,且吸附过程为吸热反应.Freundlich模型对RB吸附结果拟合较好(R2=0.94).VMBC对RB吸附符合二级动力学模型(R2=0.94),表明VMBC主要通过化学作用对RB进行吸附.VMBC表面官能团(—OH、—NH和C—H等)对RB的吸附起重要作用,而内扩散和静电作用不是控制吸附的主导作用.