熱裂解工藝條件對(duì)棉花秸稈生物炭能量得率及特性的影響.pdf

1、熱裂解制生物炭是農(nóng)作物秸稈資源化利用的一個(gè)重要方式，而農(nóng)作物秸稈的資源化利用又是當(dāng)今世界應(yīng)對(duì)能源和環(huán)境問題的重要出路之一。本文旨在通過研究棉花秸稈生物炭熱裂解工藝，優(yōu)化生物炭的能量得率，制備出不同特性的生物炭，并將其應(yīng)用在水體中重金屬的去除，以此評(píng)價(jià)棉花秸稈生物炭的利用價(jià)值，為棉花秸稈的利用提供更多的選擇。
　　首先，本文以棉花秸稈這種典型大宗的木質(zhì)類秸稈作為制備生物炭的原料，利用氮?dú)鈿夥章贌崃呀獾姆椒ㄖ苽渖锾浚芯苛藷崃呀鉁?/p>

2、度、保留時(shí)間和原料粒徑三個(gè)工藝條件分別對(duì)生物炭產(chǎn)率和熱值的影響。結(jié)果表明:
　?。?）熱裂解溫度對(duì)生物炭產(chǎn)率和熱值的影響顯著，并且生物炭產(chǎn)率和熱值呈明顯的負(fù)相關(guān)，隨著溫度的升高生物炭產(chǎn)率逐漸降低，而熱值逐漸上升。
　?。?）保留時(shí)間對(duì)生物炭產(chǎn)率和熱值的影響不如熱裂解溫度明顯，但可以看出生物炭產(chǎn)率和熱值呈負(fù)相關(guān)，隨著保留時(shí)間的延長生物炭產(chǎn)率逐漸降低，而熱值逐漸上升。
　?。?）原料粒徑對(duì)生物炭產(chǎn)率和熱值的影響均不顯著。另

3、外，根據(jù)大致趨勢(shì)，依然可以看出熱值和產(chǎn)率呈負(fù)相關(guān)。
　　由于三個(gè)工藝條件下生物炭產(chǎn)率與熱值均呈負(fù)相關(guān)，即高產(chǎn)率和高熱值目標(biāo)無法同時(shí)滿足。因此，引入能量得率（單位原料所產(chǎn)生物炭的總能量）作為全面評(píng)價(jià)生物炭產(chǎn)率和熱值的綜合指標(biāo)，重點(diǎn)利用響應(yīng)面分析法分析了三個(gè)工藝條件及其交互作用對(duì)能量得率的影響，并經(jīng)過檢驗(yàn)得到優(yōu)化后的能量得率模型。模型預(yù)測(cè)結(jié)果表明，在熱裂解溫度為429℃，保留時(shí)間為1.29h，原料粒徑為0.32mm時(shí)，能量得率達(dá)到最大

4、值，為78.95%，并通過驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)證明了模型的有效性。
　　接著研究了熱裂解溫度、保留時(shí)間、原料粒徑三個(gè)因素對(duì)生物炭特性的影響，包括生物炭工業(yè)分析組成、元素含量、pH值、表觀形貌、表面基團(tuán)、比表面積等。結(jié)果表明，隨著熱裂解溫度的上升，生物炭的pH值從300℃下的8.18增加至700℃下的11.10；含氧官能團(tuán)-OH，-C=C-和-C-H吸收峰的強(qiáng)度均有所減弱；比表面積及總孔容均明顯上升。
　　在系統(tǒng)的梳理生物炭的特性之后，將

5、棉花秸稈生物炭應(yīng)用于對(duì)水中鉛離子的去除。研究發(fā)現(xiàn)，棉花秸稈生物炭吸附Pb(II)的最適pH值為5.5，對(duì)Pb(II)的吸附容量最高達(dá)50mg/g以上。不同工藝條件下制備的生物炭對(duì)吸附存在差異，其中熱裂解溫度對(duì)吸附效果的影響最大。綜合分析紅外光譜、比表面積、吸附等溫線等結(jié)果，得到生物炭吸附Pb(II)的機(jī)理為：當(dāng)生物炭在較低溫度下炭化時(shí)，吸附過程以有機(jī)基團(tuán)絡(luò)合和離子交換作用為主，吸附較緩慢，但吸附容量大；當(dāng)生物炭在較高溫度下炭化時(shí)，吸附過