生物质快速热裂解炭的分析及活化研究.pdfVIP

第21卷 1期 应用基础与工程科学学报 V0l_21．No．1 2013年2月 JOURNALOFBASICSCIENCEANDENGINEERING February2013 文章编号：1005-0930(2013)01-0045-009 中图分类号：TK6 文献标识码：A doi：10．3969／j．issn．1005-0930．2013．01．005 生物质快速热裂解炭的分析及活化研究 尹倩倩， 王树荣 (浙江大学能源清洁利用国家重点实验室，浙江 杭州 310027) 摘要：采用化学(KOH)方法对两种具有代表性的生物质原料(花梨木和稻壳)的 快速热裂解固体产物一热解炭进行了活化，并采用氮吸附、x射线衍射(XRD)、傅 里叶红外光谱分析(FTIR)和扫描电镜(SEM)技术测试 了热解炭的结构特性、表 面特性以及物理化学性质．结果表明，这两种热解炭经过活化后可以获得许多优 良的性质，固定碳含量增加，灰分含量减少．同时，活化后BET比表面积迅速增 大，超过 1100m ／g，而且热解炭的石墨化程度都有所加深．热解炭通过活化过程 可以实现其高品质利用，有利于生物质热裂解技术的工业化发展． 关键词：生物质 ；快速热裂解；热解炭；活化 ；石墨化 生物质的热化学转化近年来得到快速的发展，尤其是在生物质的快速热裂解技术方 面，取得了很多进展．生物质快速热裂解是生物质在中温 (623—873K)缺氧条件下发生的 热分解过程，快速热裂解过程升温速率快，气相停留时间短，并可以通过调节反应条件使 得热解过程向分别有利于生成气态、液态或固态产物的方向进行．生物质热裂解技术中对 于气态和液态产物研究较多 引，但对于生物质热裂解的固态产物，即热解炭的研究较 少，大部分作为废弃物抛弃或者直接用于燃烧 ．近年来，有一些关于热解炭用于土壤 改 良方面的研究，热解炭帮助植物吸收土壤中的营养物质，固定土壤中的水分，增强抗旱 能力，改良土壤，而且热解炭中含有的N、P、K、Ca、Mg等元素对植物的生长能起到促进作 用．随着快速热裂解技术的快速发展，寻求一种更加有效的热解炭利用方式，对于生物质 快速热裂解技术的大规模工业化应用具有重要意义． 热解炭的特性在很大程度上取决于生物质原料的种类、热解过程的温度、反应停留时 间等条件．热解过程中固态产物的量一般可以占到生物质原料质量的 15％__4O％_6J，这 些热解炭具有一些基本的未发展的孔结构，但这些基础的孔并不能直接用于实际的应用． 热解炭另外一个很重要的特性是它高的含碳量，这些特性决定了热解炭具有作为制备活 性炭前驱体的潜力．而活性炭的应用范围相比较于热解炭就更为广泛，例如活性炭可作为 重金属或污染物吸附剂以及催化剂载体等 J．炭材料的活化一般分为物理活化和化学 收稿 日期 ：2011—11-24；修订 日期：2012-08-06 基金项 目：浙江省杰出青年科学基金 (R1110089)；“十二五”国家科技支撑计划课题 (2011BAD22B06)；国家 自然科 学基金；浙江省重点科技创新团队(2009R50012)；国际科技合作项 目(2011DFR60190)；新 世纪优秀人才支持计划资助 (NCET-10-0741) 作者简介：尹倩倩(1987一)，女，博士研究生．E—mail：qqyin@zju．edu．cn 通信作者：王树荣(1972一)，男 ，教授，博士生导师．E·mail：st-wang@zju．edu，ell 应用基础与工程科学学报 V0I．2l 活化两种方式，其 中物理活化就是采用 CO：、水蒸气或者两者混合作为氧化剂在高温下气 化使孔径得到发展．化学活化是采用化学试剂作为活化剂，使得炭材料脱水，抑制焦油的 生成，促使挥发分溢出，孔径得到发展．其中采用KOH作为化学活化剂应用范围较广泛， 不仅可用于木材、秸秆、煤炭等的活化，又可以用于热解炭活化方面的研究 ．热解炭活 化方面已有人采用快速热解得到的热解炭作为活化原料在固定床中做过研究．Azargohar 采用KOH对杉木快速热解炭进行了化学活