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DAP/MAP作用下杨木低温炭化及衍生炭热解特性研究

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DAP/MAP作用下杨木低温炭化及衍生炭热解特性研究

作者：吴美凤内蒙古科技大学

学位级别：硕士

生物质炭化技术能够脱除生物质中的氧元素,炭化后固相产物的含碳率得到有效提升,热值和能量密度均可得到一定程度的改善。开发低能耗、高脱氧率的生物质炭化技术对实现生物质的高效提值利用具有重要的实际意义。鉴于磷酸基铵盐可以降低... 详细信息

生物质炭化技术能够脱除生物质中的氧元素,炭化后固相产物的含碳率得到有效提升,热值和能量密度均可得到一定程度的改善。开发低能耗、高脱氧率的生物质炭化技术对实现生物质的高效提值利用具有重要的实际意义。鉴于磷酸基铵盐可以降低生物质的反应活化能,本文提出磷酸基铵盐强化生物质低温炭化的技术路线,以期达到生物质高效炭化的目的。以炭化温度、炭化时间作为影响因素对杨木炭化规律进行研究,对不同浓度磷酸二氢铵(MAP)和磷酸氢二铵(DAP)作用下的生物质炭化过程进行对比分析,通过对三相产物产率、固相产物元素分布、炭化过程中元素迁移特性以及衍生炭热解特性的研究,得出在磷酸二氢铵(MAP)和磷酸氢二铵(DAP)作用下的炭化规律和衍生炭特性。具体如下:(1)利用管式加热炉进行杨木炭化实验,发现随着炭化终温的提高和保温时长的延长,杨木炭化程度加深,表现为杨木炭产率降低、杨木炭中碳元素含量提升、氧元素含量降低、产物热值呈上升趋势。但在终温300℃以上和时长60min以上时,质量产率和热值提升幅度变小。(2)利用浸渍法使杨木负载不同剂量磷酸氢二铵(DAP)和磷酸二氢铵(MAP),在300℃终温、60min的保温时长下开展单因素炭化实验。研究发现:适量的DAP(2.9%)和MAP(1.975%)可促进杨木的炭化程度、改善杨木炭品质、降低杨木炭化反应温度。即在该处理浓度下,杨木炭质量产率和杨木炭的能量产率提升,氧元素的脱除加强和碳元素的含量提升。通过热重实验发现:经DAP和MAP的处理,杨木炭化过程中其炭化最大失重温度相较于未经处理杨木的炭化均有所提前。经2.9%的DAP处理杨木炭化温度提前了38℃、经1.975%的MAP处理杨木炭化温度提前了30℃。(3)以DAP(2.9%)和MAP(1.975%)为添加剂、低温炭化为预处理手段,研究了不同热解终温(500-900℃)下衍生炭的热解产物产率变化规律。研究发现:低温炭化复合预处理可以明显提升热解固相产率,有效抑制焦油的产生。经DAP-炭化预处理酚类可降低37.31%、甲苯类产物可降低6.18%;经MAP-炭化预处理酚类产物可降低19.8%,甲苯类产物可降低5.38%。

关键词：杨木低温炭化衍生炭热解固相产率 DC

剩余污泥基低温炭化物吸附低浓度稀土离子的特性及机理研究

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剩余污泥基低温炭化物吸附低浓度稀土离子的特性及机理研究

作者：李雪蓉江西理工大学

学位级别：硕士

离子型稀土矿的开采提取过程会产生大量低浓度稀土溶液,极易造成稀土资源流失和环境污染问题,亟待有效处理。城市剩余污泥产量大、有机物含量高,是一种潜在的有机资源。本文以城市剩余污泥作为原料,晾干研磨制成干污泥(DS)后,采用不同... 详细信息

离子型稀土矿的开采提取过程会产生大量低浓度稀土溶液,极易造成稀土资源流失和环境污染问题,亟待有效处理。城市剩余污泥产量大、有机物含量高,是一种潜在的有机资源。本文以城市剩余污泥作为原料,晾干研磨制成干污泥(DS)后,采用不同的炭化技术制备污泥炭化产物,将其用作实际低浓度稀土废水的稀土离子吸附剂进行对比实验研究。考察了低温炭化污泥(LCS)对低浓度稀土离子的吸附效能和作用特性,开展了单因素条件和响应面法优化实验,探究了污泥炭化物的结构特性及其吸附低浓度稀土离子的动力学、等温线、热力学,揭示其吸附低浓度稀土离子的微观机制,开展了LCS解吸实验研究,主要内容如下:(1)开展了采用水热、微波辅助水热、高温和低温4种炭化技术分别制备的污泥炭化产物用于处理低浓度稀土废水实验研究(稀土离子浓度185.70 mg/L,以REO计),结果表明:低温炭化技术制备的LCS对低浓度稀土离子的吸附效果最好,其吸附量可达91.7mg/g(吸附率为98.77%)。针对低温炭化技术制备炭化产物的最佳条件是:温度350℃、时间1.5 h、初始DS量4 g。(2)开展了LCS作为吸附剂的单因素条件和响应面法优化实验(稀土离子浓度103.45 mg/L,以REO计),结果表明:吸附最佳条件为搅拌时间87 min、振荡时间70 min、静置时间8 h。吸附率预测值为94.843%,验证实验得到吸附率平均实测值为94.075%,与预测值吻合。(3)采用XRF、XRD、SEM/EDS、FTIR、BET对吸附前后的LCS表征分析,结果表明:吸附后的LCS结构是立方体形状,体积较大,外表无明显的微型孔道,含有结构较大的孔道,且表面较为粗糙,存在大量的稀土离子;低温炭化技术使DS的比表面积增加了69%,吸附率提高了32.79%;初步推测LCS上分布着许多功能性官能团,其吸附稀土离子的过程中是羟基自由基起主要作用。(4)对LCS吸附稀土离子动力学和热力学过程分别进行了拟合。结果表明:其吸附过程符合准一级吸附动力学模型和Langmuir方程,说明LCS稀土离子吸附过程是以物理吸附为主。初步推测LCS对低浓度稀土离子的吸附过程是一个以物理吸附为主,辅以化学络合的物理化学过程。(5)开展了LCS的循环再生实验,结果表明:采用HCl(浓度为0.5 mol/L,用量为50 m L)对吸附稀土离子的LCS解吸(解吸量1 g,解吸时间1 h,循环次数6次),前两次的解吸效果好,保持在98.67%以上,之后的四次解吸率都能够保持在70%以上,解吸效果良好。

关键词：剩余污泥低温炭化低浓度稀土离子响应面分析法吸附

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球形燃料元件连续低温炭化设备简述

冶金设备 2022年第6期 10-13页

作者：陈文岩张宇周湘文刘兵中核北方核燃料元件有限公司内蒙古包头014035 清华大学核能与新能源技术研究院北京100084

低温炭化是将压制球坯处于氩气气氛内缓慢升温,将基体石墨中的酚醛树脂等有机物裂解转化为具有较高机械强度的树脂炭,消除球形燃料元件压制过程中造成的内应力,初步加强球形燃料元件强度。本文研究设计了低温炭化设备的主要结构和功能参... 详细信息

低温炭化是将压制球坯处于氩气气氛内缓慢升温,将基体石墨中的酚醛树脂等有机物裂解转化为具有较高机械强度的树脂炭,消除球形燃料元件压制过程中造成的内应力,初步加强球形燃料元件强度。本文研究设计了低温炭化设备的主要结构和功能参数,利用ABAQUS软件进行球形燃料元件温度的模拟计算。

关键词：球形燃料元件低温炭化 ABAQUS软件

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低温炭化工艺对炭纤维力学性能的影响

炭素技术 2019年第1期38卷 56-58页

作者：马祥林河南永煤碳纤维有限公司河南商丘476000 商丘国龙新材料有限公司河南商丘476000

研究聚丙烯腈基预氧丝的炭化工艺条件如温度、牵伸比及炉内气压对纤维性能的影响。结果表明:在最佳条件下制备的炭纤维的拉伸强度为4.13 GPa,拉伸模量为238 GPa,并确定了影响纤维力学性能的因素。

关键词：聚丙烯腈基炭纤维低温炭化力学性能影响

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医药废硫酸钠盐燃烧特性及低温炭化除杂研究

无机盐工业 2021年第9期53卷 76-82页

作者：杨文振熊萍孙秀云韩卫清南京理工大学环境与生物工程学院江苏南京210014 化工污染控制与资源化江苏省高校重点实验室

使用低温炭化-高温活化两步工艺处理典型的医药废盐,成功回收了无机盐和活性炭材料。低温炭化阶段将废盐中的有机物转变为不溶性残余炭渣,通过简单的溶解、过滤即可实现无机盐与有机物的分离;残余炭渣作为炭前体经过活化可得到活性炭材... 详细信息

使用低温炭化-高温活化两步工艺处理典型的医药废盐,成功回收了无机盐和活性炭材料。低温炭化阶段将废盐中的有机物转变为不溶性残余炭渣,通过简单的溶解、过滤即可实现无机盐与有机物的分离;残余炭渣作为炭前体经过活化可得到活性炭材料。使用原子荧光光谱法、气相色谱-质谱联用法对废盐成分进行分析,采用Friedman法和Starink法计算废盐焚烧的活化能,通过管式炉模拟试验对废盐低温炭化条件进行优化,最后采用氢氧化钾浸渍法活化残余炭渣以制备活性炭。结果表明,废盐中溶解性有机碳在空气气氛、350℃、60 min条件下去除率达到99.98%,得到的无机盐产品符合GB/T 6009—2014《工业无水硫酸钠》Ⅲ类要求。残余炭渣经活化所得活性炭对亚甲基蓝的吸附容量达到762.86 mg/g。

关键词：医药废盐热重分析低温炭化残余炭渣资源化

褐煤型煤炭化产焦油特性研究和高效采油低温炭化炉的研制

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褐煤型煤炭化产焦油特性研究和高效采油低温炭化炉的研制

作者：陈磊太原理工大学

学位级别：硕士

我国褐煤、长焰煤和不黏煤等低阶煤资源储量巨大,已探明储量5610亿吨以上,其中褐煤资源探明储量为1300多亿吨。利用这些丰富的低阶煤制取汽柴油补充燃料的转化技术备受瞩目。低温炭化技术作为低阶煤清洁高效和科学分级利用的核心技术,... 详细信息

我国褐煤、长焰煤和不黏煤等低阶煤资源储量巨大,已探明储量5610亿吨以上,其中褐煤资源探明储量为1300多亿吨。利用这些丰富的低阶煤制取汽柴油补充燃料的转化技术备受瞩目。低温炭化技术作为低阶煤清洁高效和科学分级利用的核心技术,尤其是高效采油低温炭化技术,已经得到国内外广泛关注。面对我国丰富的褐煤资源和现代化机械采煤的高粉煤率,褐煤粉煤成型和低温炭化技术成为洁净煤技术领域攻关的热点之一。本文以内蒙褐煤型煤为原料,利用本课题组开发设计的葫芦形炭化反应装置对其进行了低温炭化产油特性、热解反应动力学和不同炭化终温下褐煤型煤/焦特性进行了研究。经研究获得的的主要结果和结论如下。 1、炭化终温、升温速率、入炉温度和反应气氛对褐煤型煤炭化产油特性有明显影响。随着炭化终温的升高,焦油收率先急剧增加后趋于平缓,终温高于650℃时,焦油收率保持在9%左右。随着升温速率的增大,焦油收率先缓慢上升后趋于平缓稳定。随着恒温时间的延长,焦油收率先增加,由于部分焦油发生二次裂解,后保持缓慢降低。相同温度时,入炉温度较炭化终温下焦油收率高,尤其温度高于500℃时,前者煤受的热冲击较大,化学键易断裂形成自由基和煤焦油小分子。褐煤型煤在氢气气氛下炭化焦油收率最高,比氮气气氛下高约26%。焦油收率随H2流量的增大先增加后略微降低并趋于平缓,最高可达12.58%。褐煤型煤低温炭化产焦油最优条件为：氢气气氛,炭化终温600℃,升温速率20℃/min,恒温时间30min,粒度10-30mm,载气流量720m1/min。 2、褐煤型煤受热失重曲线和失重速率曲线随升温速率的提高向高温区移动,且失重速率峰值（dw/dt）max也增大。褐煤型煤热解过程可分为四个阶段,依次为脱水、脱气、煤热解和半焦收缩固化阶段,各阶段可用一级动力学方程描述,即。在5-20℃/min升温速率下,褐煤型煤低温热解各阶段的活化能E变化较小,但是在同一升温速率下,各阶段的活化能差异较大,四个阶段的活化能E由小到大依次为：脱气＜脱水＜半焦收缩固化＜煤热解。 3、随着炭化终温的升高,褐煤型煤大分子结构逐渐裂解,并析出挥发分,生成焦油和煤气,使得半焦挥发分不断降低,而固定碳和灰分的含量不断增加。碳和氢含量随终温的升高呈明显的增加趋势,氧含量变化趋势刚好相反,氮和硫含量相比较而言变化较小。褐煤型煤的炭化过程是一个富碳、脱氢、脱氧的过程。 4、褐煤型煤炭化过程中脱除了部分脂肪烃侧链和脂肪醚键等部分含氧官能团。与原煤相比,半焦中的含氧官能团含量略有降低;由于在炭化过程脱除了大量的链烷烃和带侧链的芳烃,半焦中亚甲基的峰较弱。 5、随炭化终温的升高,半焦的XRD谱图中002衍射峰的强度逐渐增强,且峰形趋于尖锐,而100衍射峰的强度略增加。随炭化终温的升高,煤的芳香片层在空间排列的越规则,有序度增加,且芳香微晶结构尺寸略微增大。 6、不同炭化终温下褐煤型煤的吸附-脱附等温线属于典型的第ⅡⅡ类吸附等温线。半焦的比表面积随终温的升高逐渐减少,而平均孔径和孔容呈现先增加后降低的趋势。炭化过程中生成的焦油堵塞煤／焦空隙结构,使得比表面积逐渐减少,而炭化过程挥发分的释放产生了一定的空隙,同时伴随着微孔扩大或孔之间的交联合并等作用,使得平均孔径和孔容增大,当终温高于550℃,半焦发生缩聚反应,芳香碳层更趋向于有序化,使得平均孔径和孔容又减小。 7、褐煤型煤在炭化过程中半焦表面随终温的升高由不明显的孔隙结构逐渐发展成为多孔道和大孔径结构,若温度高于550℃,很多大孔又会消失。SEM观察到的半焦表面形态的变化规律与BET测试结果基本吻合。 8、不同炭化终温下褐煤型煤表面的碳主要有C-C和C-H、C-O、C=O及COO-四种赋存形态,其中C-C和C-H所占比重最大。C-C和C-H随着终温的升高有明显的增加趋势,而C-O、C=O和COO-有下降的趋势,其中在650℃炭化终温下生成的半焦表面的C-C和C-H基团比褐煤型煤的C-C和C-H基团相对含量增加了65%,C-O、C=O和COO-基团相对含量则分别降低了55.57%、71.85%和57.17%。氧在型煤表面存在着四种形态,由于酚羟基氧上的孤对电子能与芳环共轭形成稳定结构,使得酚羟基和醚氧键所占比例最大。 9、基于热解荒煤气快速导出的思路,开发了一种新型导气组合结构及具有该结构的导气墙及具有该墙结构的高效采油低温炭化炉,最大的特点就是在炭化室中间设置有若干荒煤气快速导出通道的导气墙或相似结构的收集器,以解决粉煤炭化过程中气态产物导出行程较长,停留时间长,二次裂解严重等问题,并提高了焦油的产率。

关键词：褐煤型煤低温炭化低温焦油高效采油动力学

在瞬态加热条件下测定低温炭化烧蚀材料导热系数的实验研究

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工程热物理学报 1985年第1期 76-78页

作者：孙文超吴观乐中国科学院力学研究所

低温炭化烧蚀材料的导热系数随材料的结构、工艺及使用中加热速率的不同而变化。我们采用非稳态的测试方法,利用等离子体射流加热试件,造成近于真实的烧蚀环境,得到比较真实的导热系数。测试原理烧蚀后的低温炭化防热材料一般分为炭... 详细信息

低温炭化烧蚀材料的导热系数随材料的结构、工艺及使用中加热速率的不同而变化。我们采用非稳态的测试方法,利用等离子体射流加热试件,造成近于真实的烧蚀环境,得到比较真实的导热系数。测试原理烧蚀后的低温炭化防热材料一般分为炭化区、热解区和原始材料区。经过简化假定,可以列出描述这三个区域物理模型的微分方程。原始材料的导热系数直接影响防热层的温度分布,但若利用三个区的整套方程通过多次计算来摸清它的准确影响,不但计算量过大,而且也无法排除许多其它因素的影响。因而我们按下述原理拟定试验

关键词：导热系数低温炭化热导率热力学性质炭化(炼焦) 热敏元件热电偶暂态瞬态抛物线插值炭化烧蚀材料加热条件低温

聚乙烯亚胺/植酸自组装整理棉织物的阻燃性能表征

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印染 2023年第11期49卷 1-6,11页

作者：刘威刘让同刘华马晶晶刘淑萍曾媛中原工学院河南郑州451191 先进纺织装备技术省部共建协同创新中心河南郑州451191 郑州市阻燃隔热耐火功能性服装及材料重点实验室河南郑州451191 济南工程职业技术学院山东济南250200

为解决植酸(PA)的强酸性对阻燃棉织物(COT)的影响及棉织物阴燃问题,以聚乙烯亚胺(PEI)和PA为原料,利用层层自组装(LBL)和喷涂工艺,在棉织物表面制备PEI/PA阻燃涂层,探讨复配阻燃剂的协同阻燃效果。用热重分析、极限氧指数(LOI)仪、垂直... 详细信息

为解决植酸(PA)的强酸性对阻燃棉织物(COT)的影响及棉织物阴燃问题,以聚乙烯亚胺(PEI)和PA为原料,利用层层自组装(LBL)和喷涂工艺,在棉织物表面制备PEI/PA阻燃涂层,探讨复配阻燃剂的协同阻燃效果。用热重分析、极限氧指数(LOI)仪、垂直燃烧测试仪等对阻燃整理前后的棉织物进行表征。研究表明:植酸、聚乙烯亚胺的初始分解温度下降,先于主体吸热降解,有效抑制织物初始热裂解,促进材料低温炭化。在升温阶段,聚乙烯亚胺热裂解产生N2和NO2等惰性气体,形成隔氧保护层,起延缓织物降解作用;植酸降解产生磷酸或偏磷酸,催化纤维素脱水炭化,有促进低温炭化趋势。聚乙烯亚胺/植酸复配整理织物,损毁长度减少到3cm,续燃时间和阴燃时间可达到0s,LOI值由18.1%提升到38.2%,PEI所带正电荷与PA所带负电荷的磷酸基团通过静电相互作用改善了PA的酸性性质,有效解决棉织物的阴燃及植酸强酸性对棉织物的影响问题,并达到阻燃目标。

关键词：阻燃整理植酸聚乙烯亚胺低温炭化棉织物

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生物质废弃物低温炭化降低含水率试验

绿色科技 2017年第10期19卷 24-25,27页

作者：张涉陆晓春李举陈思伍刘志彬深圳市龙澄高科技环保有限公司广东深圳518057

指出了目前国内外对污泥低温炭化的研究较多,但对于生物质废弃物的低温炭化处理的研究试验开展较少。针对垃圾湿组分、垃圾发酵产沼后的沼渣、污水厂污泥、破碎餐厨垃圾以及湿组分和发酵液混合样5种试样进行了含水降低率试验,结果表明:... 详细信息

指出了目前国内外对污泥低温炭化的研究较多,但对于生物质废弃物的低温炭化处理的研究试验开展较少。针对垃圾湿组分、垃圾发酵产沼后的沼渣、污水厂污泥、破碎餐厨垃圾以及湿组分和发酵液混合样5种试样进行了含水降低率试验,结果表明:适宜的反应温度分别为220℃、280℃、230℃、180℃、210℃时,含水降低率分别达到28.73%、40.47%、40.07%、48.90%、44.13%,取得了良好的减量化效果。试验结果可应用于垃圾生物质处理工程实践,有利于降低后续处理成本。

关键词：生物质污泥低温炭化废弃物