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洁净煤技术 2022年第10期28卷 203-211页

作者：俞泽涛曾光华周雅彬谭鹏张成华中科技大学能源与动力工程学院湖北武汉430074 华中科技大学煤燃烧国家重点实验室湖北武汉430074

多孔碳在CO_(2)吸附方面展现出优异性能,是CO_(2)捕集与封存的重要手段之一,对实现“碳达峰、碳中和”目标具有重要意义。以3种典型中药固废——板蓝根渣、甘草渣和大血藤渣为例,探究中药固废掺氮水热碳化-化学活化两步法制备多孔碳及其... 详细信息

多孔碳在CO_(2)吸附方面展现出优异性能,是CO_(2)捕集与封存的重要手段之一,对实现“碳达峰、碳中和”目标具有重要意义。以3种典型中药固废——板蓝根渣、甘草渣和大血藤渣为例,探究中药固废掺氮水热碳化-化学活化两步法制备多孔碳及其CO_(2)吸附性能。水热法可省略对中药固废预先干燥的环节,适应中药固废高含水率的特点;化学活化法采用KOH作为活化剂,在高温(试验温度为600、700和800℃)下进行活化;制备工艺采用尿素为表面改性剂,将氮掺杂在多孔碳表面以提高吸附性能。采用元素分析和XPS对水热碳和多孔碳进行测试,探究氮在多孔碳表面的掺杂情况,结果表明N已成功掺杂到多孔碳表面,且掺氮多孔碳在相同制备条件下表现出更丰富的孔隙结构和更优异的吸附性能,含氮官能团对多孔碳的吸附性能有积极作用;为比较不同活化温度下制备的多孔碳吸附性能的差异,对其吸附CO_(2)能力进行研究,采用Langmuir和Freundlich模型拟合CO_(2)吸附等温线,结果发现3种试验温度下,600℃活化的多孔碳CO_(2)吸附性能最佳,这是由于高温活化导致氮流失对吸附性能产生不利影响。3种原料制得的多孔碳比表面积最大分别为2 516、2 518和1 996 m^(2)/g,孔隙结构丰富;在600℃活化温度下,3种原料制备的多孔碳均表现出良好的CO_(2)吸附能力,其吸附容量分别为6.70、6.52和6.43 mmol/g,这表明对于不同种类的中药渣采用水热同步掺氮和化学活化均可获得良好的CO_(2)吸附能力,但原材料对CO_(2)/N_(2)选择性仍有较大影响。

关键词： CO_(2)吸附多孔碳中药固废氮掺杂水热化学活化

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中药固废原料特性及热解关联性研究

中药固废原料特性及热解关联性研究

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作者：周昀华中科技大学

学位级别：硕士

我国每年产生的中药固废逾6000万吨,但来源广泛、种类复杂多样,对资源性成分及结构特征缺乏科学的辨识,同时原料的复杂性造成化学反应的不均一性,限制了其大规模应用。通过热化学转化可以将中药固废转化为炭、油、气产品,有利于实现中... 详细信息

我国每年产生的中药固废逾6000万吨,但来源广泛、种类复杂多样,对资源性成分及结构特征缺乏科学的辨识,同时原料的复杂性造成化学反应的不均一性,限制了其大规模应用。通过热化学转化可以将中药固废转化为炭、油、气产品,有利于实现中药固废的高效高质利用。本文选取典型植物类中药渣对其组成结构进行解析,对典型中药渣热化学转化失重过程与产物组成特性进行了探究,并建立中药固废热分解特性与原料特性之间的关联关系,为中药固废热化学转化高值化利用提供理论参考。首先探究了中药渣的工业分析、元素分析、有机组成及傅里叶变化红外光谱(FTIR),并采用多元分析对中药渣组成结构进行定性与定量分析。结果表明种子果实类中药渣挥发分和萃取物含量最高,草叶类灰分含量最高,块根类纤维素含量最高而茎秆类木质素含量最高,中药渣磷、钾以及半纤维素含量均偏低。基于有机组分的聚类分析可将中药渣大致分为三大类,分别为:(1)高木质素类;(2)高萃取物类;(3)高纤维素类。利用主成分分析对比中药渣FTIR间的细微差异,在得分图上中药渣显示出明显的聚类与区分效应。利用偏最小二乘分析建立了中药渣FTIR与三组分之间的回归预测模型,其中木质素模型的拟合程度最高,纤维素模型的预测能力最强,三组分模型的预测能力均达到良好水平。接着采用热重分析仪研究了典型中药渣的热解与燃烧失重过程,进行动力学分析,并探究了中药渣热解/燃烧特性与原料组成结构之间的关联机制。结果显示块根类中药渣的热解脱挥发分能力和燃烧特性均优于其他类的中药渣,其中,山药样品热解脱挥发分能力最强,制川乌样品的燃烧特性最好。热解脱挥发分能力、热解活化能与纤维素含量正相关性最强,与木质素含量负相关性最强;燃烧性能、燃烧活化能与O/C摩尔比正相关性最强,与萃取物含量负相关性最强。最后采用固定床热解装置探究了反应温度与Zn Cl浸渍比对富氮中药渣热解产物的影响。结果表明随反应温度升高,气体产率显著提升,生物油产率先升后降,焦炭产率持续降低。生物油中含氮杂环化合物、脂肪烃以及芳香烃含量均随反应温度升高而增加,而羧酸类、呋喃类、酯类化合物显著减少,高温促进了芳香化反应。Zn Cl的引入降低了生物油的产率,而增加了焦炭和气体的产率。H的产率以及生物油中糠醛和腈类化合物的含量均随Zn Cl浸渍比的增大而显著增大,酚类化合物的含量降低。Zn Cl浸渍预处理使中药渣原样表面形貌更加松散,提高反应温度和增大Zn Cl浸渍比均有利于改善焦炭的孔隙结构。

关键词：中药固废原料特性热解关联性分析动力学分析

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典型中药固废热解炭化研究及其好氧堆肥应用评价

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作者：唐浩榆华中科技大学

学位级别：硕士

中药固废热解炭化制备生物炭添加剂应用于中药渣好氧堆肥过程,能在增强有机肥料品质的同时实现全过程减污降碳,从而高效、便捷地实现中药固废减量化、无害化处置和资源化利用。中药材煎煮加工过程将改变药渣的木质纤维结构,因而常规研... 详细信息

中药固废热解炭化制备生物炭添加剂应用于中药渣好氧堆肥过程,能在增强有机肥料品质的同时实现全过程减污降碳,从而高效、便捷地实现中药固废减量化、无害化处置和资源化利用。中药材煎煮加工过程将改变药渣的木质纤维结构,因而常规研究生物质类废弃物的方法并不完全适用。生物炭理化特性是影响好氧堆肥过程性能的关键因素,基于此,本文从机理研究和应用评价两个角度出发,主要开展了以下三个方面的研究:首先,基于曲面响应法明确了关键热解工况对生物炭性能影响并建立了预测模型。结果表明,在400～500℃内随着热解温度升高和保温时间延长,生物炭产率急剧减小。在500～600℃范围内,热解温度和升温速率共同变化时比表面积的增量更大。当温度高于525℃时,热解温度是影响生物炭C/N比变化的主要因素而升温速率影响很小。575℃、18 min、6.53℃/min的条件下制备的生物炭综合性能更优。其次,揭示了原料特性对中药固废热解炭化过程的影响机理。结果表明,煎煮后的药渣挥发分含量增加而灰分含量减少,其最大失重速率增大及峰值温度延后;煎煮后的药渣表面含氧官能团减少且被灰分堵塞的孔隙得到疏通。原料性质极大程度地影响了中药固废生物炭性能,根类、茎类、叶类药渣生物炭最大比表面积分别达到了125.35、236.33、38.77 m/g。在热解炭化过程中,根类生物炭主要以芳香C-C结构为主,叶类生物炭主要以芳香C-O和C-H为主,茎类生物炭600℃时羰基结构达到了15.44%。茎类药渣在400℃或600℃下制备的生物炭应用于好氧堆肥过程潜力更大。最后,量化了中药固废生物炭应用于中药渣好氧堆肥过程的能源-经济-环境影响。结果表明,与单一的好氧堆肥过程相比,添加生物炭可降低好氧堆肥过程的环境负荷,添加10%比例的400℃叶类生物炭总环境影响最小,添加生物炭可降低药渣好氧堆肥过程的全生命周期能耗但成本有所增加,在添加生物炭的不同情景中,添加10%比例的400℃茎类生物炭同时实现了最小的全生命周期成本及能耗。

关键词：中药固废煎煮过程生物炭热解工况原料特性能源-经济-环境评价

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甘草药渣制备多孔炭及其高值化利用研究

甘草药渣制备多孔炭及其高值化利用研究

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作者：周雅彬华中科技大学

学位级别：硕士

随着中医药事业的蓬勃发展,中药固废年产量近亿吨,中药固废的排放和处置已成为制约我国中医药产业绿色发展一大难题。中药中有大量植物源药材,含碳量高,是良好的碳材料前驱体。以中药固废为原料制备多孔炭用于CO吸附和超级电容器电极对... 详细信息

随着中医药事业的蓬勃发展,中药固废年产量近亿吨,中药固废的排放和处置已成为制约我国中医药产业绿色发展一大难题。中药中有大量植物源药材,含碳量高,是良好的碳材料前驱体。以中药固废为原料制备多孔炭用于CO吸附和超级电容器电极对于中药固废的处置及碳减排具有重要意义。以典型中药固废——甘草药渣为例,开展了以下研究:(1)甘草药渣、药材水热炭化及其三相产物特性影响规律。研究发现所需产物仅为固相水热炭时,煎煮处理的影响较小。240～270°C是较优的水热炭化反应温度,此温度区间内原料基本炭化完全且能量损耗较小,水热炭产率为36.18%～43.26%,270°C得到的水热炭比表面积为3.88 m/g,需要进一步活化改性以提升孔隙结构。(2)采用氮掺杂辅助水热炭化-KOH活化两步法制备了用于CO吸附的掺氮多孔炭,研究发现600°C活化下的多孔炭具有较高的CO吸附容量(6.43 mmol/g,0°C和1 bar)、CO/N选择性(21.3)和初始等量吸附热(28.7 k J/mol)。CO吸附能力由0.7 nm以下的超微孔体积和氮含量共同决定,在25°C和1 bar下,吸附剂的氮含量,特别是吡啶酮氮含量与CO吸附容量呈现较强线性相关性。(3)采用高浓度ZnCl盐模板辅助水热炭化-高温热解两步法制备了用于电容器电极的分级多孔炭,发现ZnCl模板在水热过程中起制孔和稳定作用,有利于介孔/大孔结构形成;在热解过程中起活化作用,有利于微孔结构形成。700°C热解下的分级多孔炭在三电极体系测试下比电容为248 F/g(电流密度1 A/g),组装的对称型超级电容器能量密度为4.2 Wh/kg。

关键词：中药固废水热处理多孔炭 CO2吸附超级电容器

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中药固体废弃物的木质纤维素组分测定及分类指导原则建立

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生物加工过程 2023年第6期21卷 652-661页

作者：李元章熊号徐婷婷刘庆莹胡雨涵姚晗聪李妍武红丽曹飞韦萍南京工业大学生物与制药工程学院江苏南京211800

中药固体废弃物(中药固废)除含有残留药用成分及微量元素外,还存在大量的木质纤维素资源。本文从处方常用的200种中药中选择了40种典型中药,采用美国可再生能源实验室研究方法,对中药原料及中药固废中木质纤维素组分含量进行定量分析。... 详细信息

中药固体废弃物(中药固废)除含有残留药用成分及微量元素外,还存在大量的木质纤维素资源。本文从处方常用的200种中药中选择了40种典型中药,采用美国可再生能源实验室研究方法,对中药原料及中药固废中木质纤维素组分含量进行定量分析。以木质纤维素总量和有效糖与木质素的比值为评判标准,将中药固废进行分类。结果表明:根茎类中药木质纤维素组分含量平均值为59.78%,叶花草果类木质纤维素组分平均值为58.96%,12种中药木质纤维素含量超过70%;煎煮后的根茎类中药固废木质纤维素组分含量平均值提升至68.82%,花叶草果类木质纤维素组分含量平均值提升至67.54%,18种中药固废木质纤维素含量超过70%;40种中药固废可分为制糖、发酵、制炭和焚烧四类,其中适合制糖的有8种,适合固态发酵或堆肥的有27种,适合制炭的有3种,可用于焚烧的有2种。该分类指导原则为中药厂药渣管理和利用提供了借鉴。

关键词：中药固废木质纤维素组分定量分析分类指导原则

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