HCl气体对污泥热解产物性质影响的试验研究

为研究污泥热解中同步提升热解产气品质和制取低重金属含量半焦吸附剂,文章分别在800℃和900℃下进行干化后污泥的快速热解实验,对比研究了通入HC(l0.1%体积分数)气体对热解气体产物组分、半焦中重金属含量及制取半焦吸附性能的影响。研究表明热解过程中通入HCl可在提高热解气组分中H2、CO含量的同时提高重金属去除率、降低热解半焦中重金属残余量,增大热解半焦比表面积、提高其吸附性能,但对于半焦吸附性能的影响程度要小于对热解产气及重金属残余量的影响。900℃通入HCl时H2和CO含量均最高分别达到35.01%和30.68%,同时半焦中重金属浓度最低,且同时具有最大比表面积、最高吸附性能,对Pb2+最大吸附量为19.2 mg/g。     

利用石油流化焦制备活性炭的研究

通过高温化学活化法和以高硫石油流化焦为原料、KOH为主要活化剂制备活性炭,研究了碱焦比、乙醇或丙酮和氮气流保护等对活性炭性能的影响。实验在直立管式炉内进行,选用单因素实验,结合比表面积和孔隙表征、元素分析、工业分析及苯酚吸附值测定,对样品进行评价。结果表明:活性炭比表面积和总孔容积随碱焦比增加而增加;乙醇或丙酮配入能提高样品比表面积和孔隙特性及其苯酚吸附能力;采用无氮气流保护反应系统,能增加样品BET表面积和总孔容积,并降低硫氮含量。     

煤中微量有害元素的挥发性

利用3 种热解反应装置(密闭模拟下落床、流动气氛模拟下落床和固定床)研究了 6种煤中 As、Pb、Cr、Cd 和 Mn等微量有害元素的挥发性随温度(300～1000℃)的变化规律,同时考察了热解装置的影响.结果表明,这 5 种元素的挥发性均随热解温度的升高而升高;6 种煤中 As、Pb、Cd均表现出与Cr 和 Mn相比具有较强的挥发性,但它们的挥发温度不同,其中 As 的挥发主要发生在 300～700℃,Cd 主要在 500℃以上挥发,Pb 主要在 800℃以上挥发.热解过程中,微量元素在半焦孔道内扩散时产生的反应是影响元素析出的重要因素之一.     

无热载体蓄热式旋转床生活污泥热解技术研究

以无热载体蓄热式旋转床为热解装置,研究不同热解终温对生活污泥热解产物产率和产物性质的影响。结果表明:热解液随着温度升高呈先升高后降低趋势,当热解终温为550℃时,热解液产率最高,为39.05%;热解气产率与热解终温呈正比,产气率在650℃最高,为16.86%,热值为19.90 MJ/m3;热解固体产率与热解终温呈反比,当热解终温为500℃时,热解固体产率达到最大值为47.69%。试验结果可为旋转床污泥热解工业化运行提供数据支持。     

酸改性对褐煤半焦脱除烟气中元素态汞性能的影响

为减少燃煤烟气中零价汞的排放,利用HCl和HNO3溶液对褐煤半焦改性研制了一种高效、低成本的吸附剂.运用酸碱滴定、Boehm滴定、BET、SEM和FTIR等技术对半焦吸附剂的表面特性进行表征与分析,利用固定床吸附实验装置及烟气测汞仪在线考察了半焦吸附剂对气态Hg0的吸附特性.结果表明,酸改性使半焦灰分含量降低,增加了半焦比表面积和羧基、酚羟基等官能团含量.酸改性处理可提高半焦对元素态单质汞的脱除效率,特别是盐酸溶液改性褐煤半焦可使吸附温度为140℃时的脱汞效率显著提高,这与改性半焦表面羧基、酚羟基和C-Cl官能团的含量及性质有关,半焦表面这些官能团能为Hg0的化学吸附提供活性位.     

新疆天山夏季气象条件对气溶胶粒径分布的影响

使用宽范围粒径谱仪对天山白杨沟风景区2019年8月5-25日10 nm~10 μm气溶胶数浓度粒径分布进行观测,结合气象要素数据,分析了天山地区夏季气象条件对气溶胶粒径分布特征的影响.结果表明,夏季天山地区10 nm~10 μm气溶胶数浓度、表面积浓度和体积浓度平均为3539.2 cm^-3、116.5 μm²·cm^-3和17.6 μm³·cm^-3.不同降水过程对气溶胶数浓度的影响不同.不同降水过程中气溶胶数浓度谱均为单峰型分布,持续时间长的小雨和毛毛雨对气溶胶数浓度谱谱形的影响较小,而降雨量较强的短时降水过程往往会使得气溶胶粒径谱峰值往大粒径段偏移.降雨过程气溶胶表面积浓度谱和体积浓度谱为多峰型分布,表面积浓度主要集中在30~500 nm的细粒子段,体积浓度主要集中在1~10 μm的粗粒子段.相对湿度（RH）对核模态气溶胶数浓度和积聚模态气溶胶数浓度的影响较大,对爱根核模态气溶胶数浓度的影响较小.不同相对湿度条件下气溶胶数浓度谱均为单峰型分布.随着相对湿度的增加,气溶胶数浓度谱的峰宽呈现先增加后减小的趋势,这种变化趋势在<40 nm时更加显著.气溶胶数浓度、表面积浓度和体积浓度随风速风向的分布与能见度随风速风向的分布呈现相反的趋势.     

包装废弃物添加脱氯半焦制备SRF的热解及动力学特性

利用热重红外分析仪(TG-FTIR)对包装废弃物添加了4种不同比例脱氯半焦制备而成的固体衍生燃料(SRF)的热解特性及热反应动力学进行了研究分析.研究发现,4种燃料热解过程主要包括4个阶段,其中300~400℃和400~500℃为两个主要失重阶段.前一阶段,SRF-1失重显著高于SRF-2、SRF-3和SRF-4,而后一阶段失重分别呈2、3、4倍增加.4种燃料热解残余量的顺序为SRF-4SRF-3SRF-2SRF-1,即添加了脱氯半焦的燃料热解程度越高.FTIR分析表明,添加了脱氯半焦的SRF燃料第三失重峰处不产生氯代烃.随脱氯半焦添加量的增加,第二失重峰CO2产生的浓度减少;第三失重峰CH4析出浓度增加;第四失重峰CO2析出的浓度增加.采用DEAM分布活化能法得到,转化率α0.3时,SRF-2和SRF-3的活化能均高于SRF-1的活化能,0.3α0.9时(α为0.6时除外),SRF-2、SRF-3和SRF-4 3种燃料的活化能低于SRF-1,且SRF-1的活化能呈升高的趋势,而其他3种燃料呈相反趋势.脱氯半焦的添加有利于SRF燃料的热解.     

不同催化剂对污泥热解特性的影响及机理分析

为提高污泥资源化,进一步实现污泥热解产物利用的多元化,探究了经机械化学预处理后,CaO、CaO-半焦和半焦3种不同催化体系对污泥快速热解产物特性的影响。结果表明:CaO催化体系下,H_2产率较原污泥提高了80%,通过TG-DTG、FTIR分析发现,添加CaO有助于热解过程中发生固碳反应和CO_2的原位释放,利于CO、H_2生成和半焦产率的降低;采用适量半焦与CaO混合作为催化剂,可以优化热解气品质,显著提高H_2占比,体积分数达到44. 21%,同时促进焦油产生,为后续焦油二次裂解产气提供新思路;完全以半焦为催化剂有利于热解后焦炭孔隙和比表面积的增加,使其具备开发为吸附材料和负载型催化材料的潜力。     

灰分对高硫煤热解部分气化硫变迁的影响

采用分步脱除矿物质方法,对义马原煤及HCl,HCl-HF,HCl-HNO₃处理后煤样,分别在固定床反应器中考察了热解部分气化下硫的脱除规律.结果表明:一方面在热解过程中原煤及酸处理煤样H₂S和COS的析出均呈双峰趋势,其析出值主要受温度、原煤中灰分和HNO₃氧化作用;另一方面,在部分气化和酸处理后煤样热解半焦在600℃～900℃范围内硫脱除率可达50%～80%,800℃时,无机硫可完全脱除.而原煤热解半焦总硫,无机硫的脱除率在700℃时最大.气化温度的升高,加强了碱性矿物质的固硫作用,其结果是900℃气化时,总硫和无机硫脱除率降低.酸处理后有机硫含量基本保持不变,其噻吩结构只随碳骨架的气化而析出.     

流化床污泥热解实验及产物性质研究

采用流化床反应器对城市污水污泥在400~600 ℃及800~950 ℃温度区间内进行了热解实验.结果表明,污泥受热升温过程经过干燥脱气、分解解聚和裂解缩聚3个阶段,在此过程中发生复杂的化学反应,生成热解气、焦油和半焦.热解温度为550 ℃时液体产率达到最大值,为50.35%,热解气产率在950 ℃时为51.58%,半焦产率随着热解温度升高而逐渐降低,950 ℃时为36.92%.污泥低温热解焦油含有较高百分含量的脂肪族碳氢化合物和类固醇类化合物,经加工可作为液体燃料利用,高温热解焦油可提取多种化工原料.热解气可作为合成气或燃烧利用.     

蚯蚓粪便生物炭对水体中雌二醇的吸附

为寻求高效、廉价的E2(雌二醇激素)吸附剂及开拓蚯蚓粪便的资源化利用途径,将蚯蚓粪便在300、500和700 ℃下热解碳化制备生物炭(分别记为BC300、BC500和BC700),对所得生物炭的基本理化性质(包括物质组成、表面官能团、孔隙结构等)进行分析,并将其用于吸附水体中E2,考察生物炭投加量、溶液pH、反应时间及初始ρ(E2)对生物炭吸附性能的影响,并探讨了吸附机理.结果表明:随热解温度的升高,生物炭的H/C(原子比)由0.13降至0.03,O/C(原子比)由0.46降至0.02,芳香性增强,极性降低,逐渐由脂肪炭结构过渡到芳香炭结构;生物炭比表面积由24.33 m2/g增至76.29 m2/g,总孔体积由0.09 cm3/g增至0.19 cm3/g.不同热解温度下制备的生物炭对E2的吸附过程均符合准二级动力学方程,拟合系数大于0.991;Langmuir和Freundlich等温吸附模型均能较好地描述蚯蚓粪便生物炭对E2的吸附过程,Langmuir理论最大吸附量表现为BC700(7.66 mg/g)>BC500(5.23 mg/g)>BC300(3.32 mg/g).随热解温度的升高,O/C和H/C降低,说明碳化程度增强,生物炭吸附E2的分配作用减弱而表面吸附作用增强.研究显示,蚯蚓粪便生物炭对E2的吸附效果随比表面积和孔体积的增加而增强.      

压模成型对RDF热解动力学的影响

对城市生活垃圾衍生燃料(RDF)进行压模成型处理,改变其空间结构如比表面积、孔结构等,然后在TB-1型热天平中测试不同温度下的热解TG曲线,分析各种动力学参数,得出RDF性质、空间结构对热解反应速率、活化能、指前因子等动力学参数的影响规律.试验结果表明,压型试样的反应速率明显低于未压型试样,最佳热解反应温度段为550℃～650℃.部分压型试样的活化能和指前因子之间存在着补偿效应,虽然压型试样的活化能有所减少,但指前因子有约10倍左右的大幅度减小.     

不同产地水稻秸秆制备生物炭结构特征及其理化性质

以江苏丹阳、黑龙江哈尔滨产地水稻秸秆为原料,采用限氧裂解法,在不同温度(300,500,700℃)下制备生物炭,利用SEM电镜扫描、元素分析、比表面积测定、傅里叶红外光谱(FTIR)、XRD衍射等分析手段对两产地生物炭结构特征进行全面表征和比较分析。结果表明:1)裂解温度升高,丹阳生物炭和哈尔滨生物炭各项理化性质表现出大体一致的变化趋势。2)裂解温度升高,两产地生物炭均呈现产率下降,pH增大,C含量升高,比表面积和总孔容增大,芳香化程度增加的趋势;丹阳生物炭中C含量低于哈尔滨生物炭;700℃丹阳生物炭孔隙结构发育程度最高。在300,500℃的制备温度下,丹阳生物炭的芳香族C-C、芳香族C—H含量明显高于哈尔滨生物炭,500,700℃的制备温度下丹阳生物炭的SiO_2、KCl含量高于哈尔滨生物炭。     

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.     

盐酸改性松木屑生物炭吸附海洋溢油的模拟研究

海洋石油开采和运输过程中发生的溢油事故会对周边海洋生态环境造成严重威胁。以松木屑为原料,分别在300 ℃、400 ℃和500 ℃条件下,热解2 h制备生物炭,然后用盐酸对其改性,分析了改性前后生物炭对海水中石油的吸附性能。结果表明,热解温度和盐酸浓度对生物炭吸油性能的影响较显著,当热解温度为400 ℃、盐酸浓度为5 mol/L时生物炭对海水中石油的吸附量最大,达到1.96 g/g;改性后的生物炭比表面积和总孔容减小,表面官能团种类未发生明显改变,含氧官能团数量减少;改性生物炭对海水中石油的吸附符合准二级动力学方程（R2=0.998）和Freundlich等温模型（R2>0.999）。研究结果将有助于开发经济、环保和除油效率高的海洋溢油吸附材料。     

不同裂解温度稻壳生物炭对阿特拉津的吸附行为及机制

为探究不同裂解温度下稻壳生物炭的结构和性质差异及其对阿特拉津（AT）的吸附作用机制和构-效关系,以稻壳为原料在300、500和700℃下制备稻壳生物炭（分别记为RH300、RH500、RH700）,通过电镜扫描、元素分析仪、比表面积分析仪和傅里叶变换红外光谱分析仪等对3种稻壳生物炭进行结构表征分析,并采用批量等温吸附法研究稻壳生物炭对AT的吸附特性.结果表明:裂解温度由300℃升至700℃时,稻壳生物炭中w（C）由48.81%升至64.67%,w（H）、w（N）和w（O）则由3.22%、1.45%和34.66%分别降至0.89%、0.92%和16.29%,原子比H/C、O/C和（O+N）/C值均降低.可见,随着裂解温度升高,稻壳生物炭的芳香性增强,亲水性和极性降低,且比表面积和孔体积增大,平均孔径减小.3种稻壳生物炭对AT的吸附均可用Freundlich和Langmuir两种等温吸附模型进行较好地拟合（R≥0.948,P < 0.01）,吸附作用及非线性程度与生物炭的比表面积（SSA）、芳香性（H/C）、亲水性（O/C）和极性〔（O+N）/C〕呈良好的指数关系,大小表现为RH700 > RH500 > RH300.稻壳生物炭对AT的吸附机制主要包括分配作用和表面吸附,分配作用强度与生物炭的极性和炭化程度有关;而表面吸附作用与AT的分子大小有关,3种稻壳生物炭对AT的表面吸附除表面覆盖外,还存在多层平铺、毛细管现象和孔隙填充等.研究显示,裂解温度是影响生物炭吸附有机污染物的重要因素,在综合考虑成本和制备工艺的同时,适当提高裂解温度可增强生物炭对有机污染物的吸附作用.      

造纸污泥燃烧、热解与孔结构特性实验研究

对造纸污泥、造纸污泥焦、煤、煤焦热重和压汞实验,以及燃烧、热解和孔结构进行特性分析。通过对实验现象和数据的处理与分析,得到了反应动力学参数和孔结构特性参数。热重实验显示,造纸污泥与煤基本都要经历加热、挥发份析出、挥发份着火及燃烧、固定碳着火及燃烧四个阶段。造纸污泥的燃烧、热解特性与煤有较大差异。造纸污泥在失重分解过程中挥发份所起作用远大于固定碳所起作用。得到了比孔容、比表面积、孔数与孔径分布的关系,造纸污泥、造纸污泥焦的孔隙率比煤、煤焦的大很多。造纸污泥的焦粒属于多孔介质,使得空气易于扩散到其中的气孔中,有利于燃烧。     

氧化锰八面体分子筛的合成及其对苯催化氧化性能

采用回流的方法,制备了氧化锰八面体分子筛（OMS-2）纳米棒.利用X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、氮气吸附-脱附、程序升温还原（H2-TPR）分别对产物进行晶型、形貌、孔径和H2还原性能进行分析,并考察不同煅烧温度下的催化剂对苯的催化氧化性能及300℃煅烧催化剂的稳定性.结果表明,煅烧温度对氧化锰八面体分子筛（OMS-2）的表面特征有显著的影响,煅烧温度越高,比表面积和孔容越小,平均孔径越大.同时随着煅烧温度的增加,催化剂对苯的催化氧化性能降低.经300℃煅烧的催化剂对苯的催化活性最佳,反应温度为200℃时,苯的转化率达到了50%;当反应温度为250℃时,苯的转化率达到90%.经300℃煅烧的催化剂在260℃下70 h内,对苯的催化氧化性能降低了5%,具有良好的稳定性.     

水葫芦/污泥共热解法制备生物炭粒及其对Cr3+的吸附特性

为了促进水葫芦和污泥的资源化利用,探究水葫芦/污泥生物炭粒的基本理化性质及其对水中Cr3+的吸附机制,以水葫芦、污泥为原料,在300~500℃热解温度下制得生物炭粒,通过产率分析、灰分分析、比表面积和孔径分析及SEM（扫描电镜）分析,同时利用吸附动力学模型和等温吸附模型对生物炭粒吸附水中Cr3+的内在机制进行研究,最后采用TCLP（毒性浸出法）测定了不同生物炭粒中重金属的浸出毒性.结果表明:随着热解温度从300℃升至500℃,生物炭粒的产率从14.93%降至11.75%,生物炭粒的灰分含量逐渐升高,比表面积增大.SEM结果显示,水葫芦与污泥质量比为1:10时,生物炭粒比表面积较大,孔隙结构明显.当水葫芦与污泥质量比为1:10、热解温度为500℃时生物炭粒对Cr3+的吸附量最大,为44.96 mg/g.热力学分析显示,生物炭粒对溶液中Cr3+的吸附以化学吸附为主,且为单层吸附.TCLP试验表明,水葫芦/污泥生物炭粒中各重金属（Cd、Zn、Cu、Pb、Ni、Cr）的浸出浓度均低于GB 5085.3-2007《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》的限值.研究显示,添加水葫芦能改善生物炭粒的理化性质,使得生物炭粒对Cr3+的吸附量增大,以化学吸附为主,且为单层吸附,水葫芦/污泥生物炭粒浸出毒性较低,可为生物炭类环境功能材料的研制提供选材依据.      

炭化压力对编织C/C复合材料致密过程及结构的影响

目的研究不同炭化压力环境对C/C复合材料致密过程及结构的影响。方法通过浸渍/高压炭化工艺在不同炭化压力下制备高温煤沥青炭块及沥青基C/C复合材料,并研究不同炭化压力环境下对其密度和孔隙的影响。结果制备沥青炭的炭化压力由20 MPa增大至60 MPa时,沥青炭体积密度由1.08 g/cm~3增加至1.39g/cm~3,质量比表面积由14.74增加至16.51,开孔率由26.73减少至7.94,孔隙填充效果明显改善,浸渍-炭化的增密效率得到提升。结论在编织C/C材料的致密过程中,压力越大,其孔隙越小,分布越均匀,故产品致密效果越好。