竹废料微波裂解及其产物性质的研究

发布时间：2017-06-20 15:12

  本文关键词：竹废料微波裂解及其产物性质的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】： 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
【学位授予单位】：南昌大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：TQ511
【目录】：

• 中文摘要4-6
• ABSTRACT6-12
• 第1章 绪论12-22
• 1.1 引言12-14
• 1.1.1 生物质能的特点12-14
• 1.1.2 生物质能开发利用的意义14
• 1.2 生物质热裂解的研究现状14-18
• 1.2.1 国外快速热裂解现状15-17
• 1.2.2 国内快速热裂解现状17-18
• 1.3 微波裂解18-20
• 1.3.1 微波加热的原理及特点18-19
• 1.3.2 微波技术的发展概况19
• 1.3.3 微波裂解的研究现状19-20
• 1.4 研究内容及意义20-22
• 1.4.1 主要研究内容20-21
• 1.4.2 研究意义21-22
• 第2章 竹废料的微波裂解试验研究22-37
• 2.1 试验原料22-25
• 2.1.1 原料的准备22-23
• 2.1.2 原料的成分分析23-25
• 2.2 微波裂解试验25-27
• 2.2.1 试验装置25-26
• 2.2.2 工艺过程26
• 2.2.3 工艺参数的确定26-27
• 2.3 结果与讨论27-34
• 2.3.1 原料含水率对微波裂解产物的影响27-29
• 2.3.2 裂解温度对微波裂解产物的影响29-30
• 2.3.3 裂解功率对微波裂解产物的影响30-31
• 2.3.4 原料粒径对微波裂解产物的影响31-32
• 2.3.5 催化剂对微波裂解产物的影响32-34
• 2.3.6 焦炭用量对微波裂解产物的影响34
• 2.4 竹废料的热重分析34-35
• 2.5 本章小结35-37
• 第3章 生物油制备工艺优化37-47
• 3.1 材料和仪器37
• 3.1.1 试验材料37
• 3.1.2 主要仪器设备37
• 3.2 试验方法37-39
• 3.3 结果与讨论39-45
• 3.3.1 目标检测结果39
• 3.3.2 数学模型的建立与检验39-41
• 3.3.3 因子效应分析41-45
• 3.3.4 数学模拟与验证试验45
• 3.4 本章小结45-47
• 第4章 生物油的特性分析47-55
• 4.1 材料和仪器47-48
• 4.1.1 试验材料47-48
• 4.1.2 主要仪器设备48
• 4.2 生物油的理化性质48-51
• 4.2.1 灰分48
• 4.2.2 水分48-49
• 4.2.3 粘度49
• 4.2.4 密度49-50
• 4.2.5 pH值50
• 4.2.6 残渣率50-51
• 4.2.7 酸值51
• 4.3 生物油的成分分析51-54
• 4.3.1 分析方法51
• 4.3.2 分析结果51-54
• 4.4 本章小结54-55
• 第5章 竹炭的特性研究55-63
• 5.1 材料和仪器55-56
• 5.1.1 试验材料55
• 5.1.2 主要仪器设备55-56
• 5.2 竹炭的性质测定56-57
• 5.2.1 水分和灰分的测定56
• 5.2.2 pH值的测定56
• 5.2.3 吸湿性的测定56
• 5.2.4 吸附性能的测定56
• 5.2.5 电导率的测定56-57
• 5.2.6 红外光谱的测定57
• 5.3 结果与讨论57-61
• 5.3.1 裂解温度对竹炭性质的影响57-58
• 5.3.2 裂解功率对竹炭性质的影响58-59
• 5.3.3 催化剂对竹炭性质的影响59-60
• 5.3.4 催化剂对竹炭表观官能团的影响60-61
• 5.4 本章小结61-63
• 第6章 竹炭的活化试验研究63-72
• 6.1 材料和仪器64
• 6.1.1 试验材料64
• 6.1.2 主要仪器设备64
• 6.2 试验方法64-65
• 6.2.1 竹炭活化的工艺过程64-65
• 6.2.2 活化竹炭的性质检测65
• 6.3 结果与讨论65-68
• 6.3.1 吸附性能分析65-66
• 6.3.2 红外光谱分析66-68
• 6.4 竹炭的KOH活化试验68-71
• 6.4.1 正交设计68
• 6.4.2 正交试验结果分析68-71
• 6.5 本章小结71-72
• 第7章 竹废料微波裂解产物的应用前景72-77
• 7.1 生物油的应用72-74
• 7.1.1 燃烧供热72-73
• 7.1.2 燃烧供电73
• 7.1.3 改性升级为燃料油73-74
• 7.1.4 生产化学制品74
• 7.2 竹炭的应用74-76
• 7.3 不可凝气体的应用76-77
• 第8章 结论77-80
• 致谢80-81
• 参考文献81-88
• 攻读硕士期间的研究成果88

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本文编号：466027