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秸秆热解工艺优化与生物炭理化特性分析 总被引：5，自引：3，他引：5
以肥料化利用为目标,优化秸秆热解工艺,实现秸秆生物炭的高值化利用。该研究以水稻、小麦、玉米、油菜和棉花秸秆为原料,以炭化温度、保温时间和升温速率为因素进行正交试验,采用综合评分法优化热解工艺,并分析最优工艺条件下生物炭的理化特性。结果表明,影响秸秆生物炭品质因素的主次顺序为炭化温度、保温时间、升温速率。以生物炭的肥料化利用为目标,5种秸秆炭化的最优工艺参数组合是炭化温度500℃、保温时间30 min、升温速率10℃/min。在最优工艺条件下,5种秸秆生物炭的炭产率约为32%~38%,固定碳的质量分数大于45%,C元素的质量分数大于53%,N元素的质量分数为0.7%~2.5%,K元素的质量分数为3.41%~6.81%。生物炭表面有含氧官能团且内部有丰富的介孔结构。该研究为秸秆生物炭的肥料化利用提供数据支撑。 相似文献
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为明确不同炭化条件下沙蒿生物质炭的有机组分、炭化过程和降解特性。于不同炭化条件下无氧炭化制备沙蒿生物质炭并进行沙地封存。结果表明:H、O和N元素的质量分数及H/C、O/C和(N+O)/C均随炭化温度的升高和炭化时间的延长呈先降低后稳定的变化趋势,升温速率对其无显著影响。而C则呈相反趋势且均在炭化温度600℃、炭化时间60 min以后基本达定值,上述指标(H、O、N、H/C、O/C、(N+O)/C和C)的稳定值分别约为29.3 g/kg、79.8 g/kg、11.2 g/kg、0.40、0.07、0.08和879.7 g/kg。生物质炭的降解速率随着炭化温度的升高、炭化时间的延长和施用量的增大而降低,其半衰期为2~12年。综上,沙蒿的炭化既是有机组分富碳、去极性官能团的过程,同时也是芳香性增强、亲水性和极性减弱的过程,施用量和炭化温度是影响生物质炭降解的决定性因素。 相似文献
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葡萄糖水热过程中焦炭结构演变特性 总被引：2，自引：3，他引：2
为了解生物质水热炭化过程中焦炭的形成机制及其理化结构的演变机理,该文以葡萄糖为原料,利用高温高压反应釜,对葡萄糖在水热环境中炭化的反应过程和焦炭的表面物理结构及微观化学组成进行了系统的分析。研究发现,葡萄糖经过水热处理,可以获得富含炭微球的无定形水热焦炭,这些炭微球粒径分布在0.6～7 μm之间,而通过控制水热过程的温度、葡萄糖添加量和停留时间,则可对其收率、形貌、化学组成等理化性质产生重要影响。在220℃,4 h,6 g/100 mL的水热条件下,炭微球粒径最小且均匀,平均粒径约为1.54 μm;在220℃,4 h,12 g/100 mL的水热条件下,焦炭收率最高为38.92%。水热焦炭中含有大量的芳香环结构和含氧官能团,具有很强的亲水性,其表面碳化程度高于内核。水热焦炭的形成主要是一系列脱水、聚合、凝结、芳香化、胶体作用的结果。研究结果为生物质水热法制备炭微球的过程控制提供参考。 相似文献
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低温水热法制备竹生物炭及其对有机物的吸附性能 总被引：7，自引：5，他引：2
竹是一类常见的生物质资源,竹加工中产生的废弃物是制生物炭的理想原料。该研究采用水热炭化法,在较低的水热温度下制备竹生物炭,并通过Na OH浸泡和N2氛围下高温煅烧2种方法,对竹生物炭进行进一步改性,所得产品用于去除水溶液中2-萘酚和刚果红。结果显示:仅采用水热炭化得到的竹生物炭产品得率大于54%,表面官能团丰富,均能吸附水溶液中的2-萘酚和刚果红,其中160℃3 h下制备的样品对2-萘酚吸附效果最好,200℃7 h下制备的样品对刚果红吸附效果最好;改性处理会降低终产品得率并影响表面官能团,Na OH浸泡改性处理能增加竹生物炭对2-萘酚和刚果红的吸附容量,N2氛围下高温煅烧改性则不能提高竹生物炭对这2种物质的吸附效果。研究结果可为废弃生物质制炭及生物炭在水污染物吸附分离中的应用提供参考。 相似文献
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水热生物炭燃烧特性与动力学分析 总被引：4，自引：4，他引：0
采用热重法对锯末、玉米秸秆水热生物炭燃烧特性及动力学进行了研究,考察了不同升温速率(10、20、40℃/min)对燃烧特性的影响,分析了它们的燃烧特性及动力学参数。结果表明:1)水热炭化前后生物质燃烧质量损失集中在挥发分和固定碳燃烧阶段,升温速率快,着火温度、燃尽温度高,整体向高温区转移,综合燃烧特性指数越大;2)40℃/min时,锯末水热生物炭综合燃烧特性指数远大于玉米秸秆,在其余升温速率下区别不明显;3)以20℃/min相同升温速率时,锯末、玉米秸秆水热生物综合炭燃烧特性相对于未炭化生物质下降27%、13%;4)采用一级反应动力学模型和积分法对水热生物炭燃烧动力学进行了研究,一级反应动力学能很好的描述2种生物炭的燃烧动力学,相关系数(R2)均高于0.9,挥发分阶段活化能大于固定碳阶段的活化能。研究结果可为水热生物炭的燃烧应用能提供理论指导。 相似文献
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为有效解决现阶段生物质炭化设备存在的炭产率低、炭品质差、余气不能循环利用而污染环境、副产物不能有效分离等问题,设计并研制了一套废气自循环生物质炭化装备,对其炭化炉主体、加热系统、焦油回收装置、余气循环装置、温度压力监控系统分别进行了详细设计和参数确定,并以炭化炉主体和焦油回收装置为加热和冷却对象,采用有限元方法对其进行传热性能研究,最后对其进行了炭化试验研究。结果表明:生物质炭化装备能够满足制炭、副产物回收、废气循环利用、工艺参数精确控制等要求;炉体门框上部温度分布不均,其余炉体内部温度分布均匀,温度梯度平缓,可对生物质进行均匀加热;焦油回收装置在三级冷却水进口流速分别为0.045、0.03、0.015 m/s时,冷却温降分别为:271、111、61℃,烟气温度从500℃降温到50℃,冷却效果显著,并可对挥发分中的焦油和木醋液进行分离;影响炭产率、热值、能源得率的因素顺序为:炭化终温保温时间升温速率。炭产率与能源得率呈正相关,而两者又与热值成负相关。炭化条件在升温速率3℃/min、炭化终温450℃、保温时间3 h工况下较好,在此条件下的炭得率为54.2%,热值为25 767 k J/kg,能源得率为84.8%。 相似文献
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为探究污泥水热炭化工艺中碳和氮固定率与影响因素间的关系,采用三因素三水平Box-Behnken试验设计,拟合响应面模型,研究了水热温度(150～250℃)、含固率(5%～15%)、反应时间(2～6 h)与污泥水热炭化工艺中碳氮固定率的关系。结果表明,多元二次方程可用于描述碳和氮的固定率与上述影响因素间的定量关系(R2分别为0.9925和0.9903)。污泥水热炭化中碳与氮固定率分别为36.6%～52.9%和20.4%～42.5%。水热温度与反应时间对碳和氮固定率均呈负相关,含固率则呈正相关。3个因素对碳固定率的显著影响(p0.05)大小依次为:水热温度含固率反应时间,而氮固定率仅受水热温度的显著影响(p0.05)。水热温度(≤169℃)与含固率(≥7%)的交互耦合可维持较高的碳固定水平(≥50%),而降低水热温度是获得较高氮固定率的关键。该研究结果可为水热炭化技术应用于污泥处理领域提供参考。 相似文献
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炭化温度和时间与棉杆炭特性及元素组成的相关关系 总被引：13，自引：5，他引：8
为了揭示炭化温度和时间对生物质炭特性及元素组成的影响,以棉花秸秆为生物质炭制作原料,对比研究不同炭化温度（300、450、600℃）和时间（0.5、1、2、4、6 h）制备的棉秆炭的pH值、阳离子交换量（CEC）、电导率等特性及有机碳、氮和矿质元素含量及其间的相互关系。结果表明：棉秆炭化出炭率、棉秆炭有机碳含量随炭化温度的升高和时间的延长而降低（出炭率： 48.66%（300℃）>35.39%（450℃）>31.06%（600℃）,有机碳：564.02 g/kg（300℃）>405.94 g/kg（450℃）>259.36 g/kg（600℃）;在300℃下,pH值随着时间的延长而增大,450℃和600℃下基本保持在10.5左右;电导率随炭化温度的升高而增加,在炭化时间内变化不明显,且炭化温度300～450℃对棉秆炭的电导率影响相对较小,600℃影响较大;CEC随炭化温度的升高而降低,在300℃下随炭化时间的延长而增大,450和600℃下则降低。棉秆炭中全磷,全钾,速效钾,钙,镁含量随着温度的升高和时间的延长逐渐增加,全氮和碱解氮则相反,速效磷含量则表现出90.07 mg/kg（450℃）>60.72 mg/kg（600℃）>20.18 mg/kg（300℃）的变化趋势。炭化温度和时间与棉秆炭指标间相关分析表明,炭化温度和时间与出炭率、CEC、有机碳、全氮和碱解氮间呈负相关,与pH值、全磷、全钾、速效磷、速效钾、钙和镁含量呈正相关。综合分析,低温短时间（300℃,1～2h）制备的棉秆炭对农业利用预期效应较好,该研究结论为新疆棉秆炭的制备和农业利用提供理论依据和数据支撑。 相似文献
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不同热解温度制备的水稻秸秆生物炭理化特性分析 总被引：1，自引：0，他引：1
《土壤通报》2020,(1):136-143
以不同热解温度(100～800℃)制备的水稻秸秆生物炭为研究对象,研究在不同热解温度下制成的生物炭的理化特性。结果表明,热解温度为100～300℃制成的水稻秸秆生物炭呈弱酸性,400℃以上时呈碱性;水稻秸秆生物炭表面碱性含氧官能团数量随着热解温度的升高而增加、酸性含氧官能团则减少;水稻秸秆生物炭中的官能团C=C、C-O-C、-OH和-C=O在较高的热解温度下发生缔合或消除,促进了芳香基团的形成;随着热解温度的升高,水稻秸秆生物炭的阳离子交换量(CEC)、比表面积、孔径、比孔容、氮气吸附量和颗粒表面的分型维数(D1)均先增加后降低,阳离子交换量(CEC)在300～500℃时、其它性状在400～600℃之间达到最大值;以不同热解温度制成的水稻秸秆生物炭颗粒的孔隙结构均以孔隙宽度2～50 nm的中孔为主。随热解温度的升高,水稻秸秆生物炭的产率逐渐降低;400～500℃炭化2 h,生物炭产率最高,其孔隙结构最为复杂,所以可以认为400～500℃是水稻秸秆炭化的最佳温度。 相似文献
11.
大量、集中的畜禽粪便,若不加以合理处理利用极易引发严重的环境污染问题。该文选择了集约化程度较高的生猪、奶牛、肉牛、肉鸡和蛋鸡5种畜禽的粪便作为样本,研究了水热碳化温度对畜禽粪便水热处理的影响,通过元素分析、工业分析和热重试验,分析了水热炭的燃烧特性,并比较了不同畜禽粪便水热炭之间的差异。研究发现,水热碳化能够提高水热炭的碳元素、固定碳含量,提高高位热值,降低氢碳比、氧碳比和挥发分固定碳比的值,得到的水热炭类似于褐煤。热重试验发现,水热碳化能够减小不同畜禽粪便样品之间的性质差异。水热碳化温度为180和210℃时,除肉鸡粪便水热炭外,其他畜禽粪便水热炭的综合燃烧特性指数均得到提高,5种畜禽粪便中,奶牛和肉牛粪便水热炭具有更好的燃烧特性。 相似文献
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热解温度对玉米秸秆炭产率及理化特性的影响 总被引：2，自引：0，他引：2
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采用恒温振荡吸附试验方法,研究了炭化秸秆对水体中氨氮和磷的吸附,并与粉煤灰和炉渣两种物料的吸附性能进行了对比。结果表明,炭化秸秆对氨氮和磷的吸附容量和吸附率小于粉煤灰、但大于炉渣,且3种物料对氨氮和磷的吸附容量,都随着吸附剂投加量的增加而减小;炭化秸秆和粉煤灰的吸附率随着吸附剂投加量的增加而增大,炉渣则减小;炭化秸秆和炉渣对氨氮和磷的吸附率随着pH值的增大而呈现不规则的增大趋势。3种物料对氨氮和磷的吸附容量受pH的影响很小,粉煤灰对氨氮的吸附容量在pH为6时最高,但在pH为4时炭化秸秆对氨氮的吸附容量最低。 相似文献
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以稻壳为原料,采用水热法制备稻壳炭,将稻壳炭用于吸附印染废水中亚甲基蓝。利用XRD、SEM、TG、FT-IR等手段对稻壳炭进行表征分析,探究炭化温度和炭化时间对稻壳炭理化性质和亚甲基蓝吸附性能的影响。结果表明,炭化温度是影响稻壳炭吸附性能的重要因素,炭化温度为180～220 ℃,稻壳炭对亚甲基蓝去除率高于90%,亚甲基蓝的吸附量大于6.27 mg/g,其中,炭化温度为200 ℃、炭化时间为8 h,稻壳炭结构完整,孔隙结构良好,含氧官能团数量较多,吸附活性点位较多,对亚甲基蓝吸附性能较好,去除率和吸附能力分别为93.04%和6.62 mg/g。随着RH-200-8稻壳炭再生次数的增加,稻壳炭的去除率略有下降,RH-220-8-3（即稻壳炭使用第3次）的亚甲基蓝去除率达82.20%（10 h）。 相似文献
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为了改善聚丙烯(polypropylene,PP)的力学性能,该文以木炭、聚丙烯(polypropylene,PP)为主要原料,采用双螺杆挤出机制备木炭/PP复合材料。并利用X射线衍射仪(X-ray diffractometer, XRD)、差式扫描量热仪(differential scanning calorimeter, DSC)、电子万能力学试验机、动态热机械分析仪(dynamic mechanical analyzer, DMA)、场发射扫描电镜(scanning electron microscope, SEM)等仪器对复合材料进行性能特性的表征分析。试验结果表明,PP基体在高温下以流体的形式流入木炭的孔隙,并与木炭相互缠绕、粘结,形成一种界面较为致密的结构,这种结构使得复合材料具有较好的静态力学性能(拉伸强度最高为25.47 MPa)与动态力学性能(储能模量最高为4 921.92 MPa)。研究结果可为木炭在生物基材料方面的应用提供新的思路。 相似文献
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Hydrothermal carbonization (HTC) is a method to produce carbonized material at relatively low temperatures (180–250 °C) under pressure and aqueous conditions. The product is called hydrochar and can be used as a soil amendment. However, applied in high dosages it may have detrimental effects on plants or soil biota. The potential impact of hydrochar amendment on beneficial soil organisms such as arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) and earthworms and their interactions are not well understood. The goal of the present study was to determine effects of hydrochar on plant growth and soil biota and to evaluate interactions of earthworms and hydrochar on plant and AMF performance and to identify underlying mechanisms. In a greenhouse experiment, we investigated the effect of hydrochar at different addition rates (control, 1% and 10%, v/v) with or without the earthworm Aporrectodea caliginosa on the growth of Plantago lanceolata L. and the performance of its AMF. We observed a positive interaction between earthworms and 10% hydrochar on shoot and root biomass: added as a single treatment hydrochar had a negative effect on plant growth at this dosage, but plant biomass increased significantly when hydrochar was added together with earthworms. Root colonization by AMF increased significantly with increasing concentration of hydrochar, but was not affected by earthworms. Contrastingly, extraradical hyphal length of AMF was reduced by earthworms, but not affected by hydrochar. Thus, hydrochar and earthworms affected the performance of AMF, albeit of different AMF structures and in different directions. Our results indicate that earthworms may play an important role in alleviating the negative impacts of high dosages of hydrochar on plant growth; such interactions should move into focus of future research on potential effects of HTC materials. 相似文献
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风积沙掺量对冻融-碳化耦合作用下混凝土耐久性的影响 总被引：2，自引：2，他引：0
针对寒区农业水利工程中混凝土的实际服役环境,利用风积沙等质量替代部分天然河砂制备不同风积沙替代率的混凝土为研究对象进行冻融循环-碳化耦合试验。分析冻融循环-碳化耦合作用下风积沙混凝土的损伤过程,借助核磁共振仪探讨了混凝土的孔隙结构演变与其耐久性之间的联系。试验结果表明,每个试验周期中,经历相同冻融循环次数和碳化时间,但作用顺序不同的情况下,冻融循环-碳化作用对混凝土造成的损伤大于碳化-冻融循环作用;当风积沙替代率由0增加至40%时,混凝土的初始孔隙度降低,同时试验中的质量损失率和相对动弹性模量变化减小;混凝土内部凝胶孔和少害孔占比对其孔隙度和相对动弹性模量具有主导作用,当凝胶孔和少害孔占比之比在5～25之间时相对动弹性模量和孔隙度变化不超过1%,在0～5之间减小时相对动弹性模量和孔隙度变化明显;风积沙的加入改善了混凝土的孔隙分布,风积沙替代率为40%的风积沙混凝土表现出良好的抗冻融、抗碳化能力。该研究可为风积沙混凝土在寒区农业水利工程中的研究与应用提供依据。 相似文献
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Initial and subsequent effects of hydrochar amendment on germination and nitrogen uptake of spring barley 总被引：1，自引：0，他引：1 
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下载免费PDF全文 Inge Bargmann Matthias C. Rillig Andrea Kruse Jörg‐Michael Greef Martin Kücke 《植物养料与土壤学杂志》2014,177(1):68-74
The application of hydrochars as soil amendments could be an option to ameliorate soil quality by enhancing nutrient and water‐holding capacity of sandy soils. But when hydrochar application is directly followed by sowing, it can decrease the soil mineral‐N concentration and the germination rate of crops. We currently lack evidence, whether these effects are persistent or transient and thus can be avoided by adjusting the application strategy, e.g., by prolonging the period between application and sowing. A set of pot trials with spring barley (Hordeum vulgare L.) was performed to study the initial and subsequent effects of different hydrochar amendments on germination, biomass production, and plant N availability. To this end, two subsequent cultivations of barley were grown on hydrochar‐amended soil–peat substrates. The first barley cultivation was sown directly after hydrochar application. After the harvest, the same substrates were cultivated with barley again. Germination, biomass production, and N concentration in the biomass were reduced when sowing directly followed the application of hydrochars. Differences in germination rate and biomass production between hydrochar treatments depended on the hydrochar feedstock. A recultivation of the hydrochar‐amended substrates 9 weeks after hydrochar application showed no significant effects on germination and biomass production. The N concentration in plants was still lower in the hydrochar treatments despite additional fertilization. The N immobilized during the first cultivation period was not released in the following weeks. We conclude that the germination‐inhibiting substances in hydrochars were removed in the weeks after soil incorporation. This is probably due to microbial degradation of hydrochar components and a consecutive immobilization of mineral N. Hydrochar amendment had only short‐term effects on germination and biomass production of barley that can be avoided by applying hydrochar at least 4 weeks prior to sowing. The N concentration in plants was persistently low even 4 months after hydrochar application which can only be redeemed by adjusting the fertilization strategy. 相似文献
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Effects of hydrochar application on the dynamics of soluble nitrogen in soils and on plant availability 下载免费PDF全文
下载免费PDF全文 Inge Bargmann Matthias C. Rillig Andrea Kruse Jörg‐Michael Greef Martin Kücke 《植物养料与土壤学杂志》2014,177(1):48-58
Before hydrochars can be applied as soil amendments in agriculture, information about how hydrochar application affects soil nutrient cycles and plant growth are necessary. In this study, incubation experiments were performed to investigate hydrochar effects on N concentrations (NO$ _3^- $ , NH$ _4^+ $ ) in soils with different N pools (soil N, fertilizer N). A set of pot trials with three crop species (barley, phaseolus bean, leek) was conducted to determine hydrochar effects on plant N availability and biomass production after mineral‐N fertilization. Results of the incubation experiments show that hydrochar reduced the concentration of mineral N in soil within the first week after incorporation, especially that of nitrate. This was particularly evident, when hydrochars with high C : N ratio, high DOC and low mineral‐N contents were applied. Hydrochars promoted biomass production of barley and phaseolus bean in pot trials, which can be partly attributed to an increase in soil pH after hydrochar incorporation. Dry‐matter yield of leek tended to decrease after hydrochar application. Hydrochars with high C : N ratio decreased the plant's N content, an effect that was strongest with increased hydrochar concentration. Hydrochars with low C : N ratio did not affect the crop's N uptake. Our results show that the use of hydrochars as amendment in arable field or horticultural pot production will require an adjustment of N‐mineral‐fertilization strategies. 相似文献