CO2气氛下铁氧催化剂对餐厨垃圾微波热解产物的分布规律及特性影响研究.pdf

CO2 气氛下铁氧催化剂对餐厨垃圾微波热解产物的分布规律及特性影响研究 摘 要 随着城市居民饮食生活水平的提高和工业的快速发展，餐厨垃圾的产生量及 CO2 的排放量与日俱增，大量的含碳资源亟待循环利用。微波热解作为新型的固 废热解技术，因其特有的高效加热方式引起了固废资源再生研究领域的大量关注。 本文以餐厨垃圾为原料，CO2 为反应气，通过优化微波输入功率和调控CO2 浓度 来探究热解温度和CO2 对生物气、轻质生物油及生物炭微观形貌的影响，从而揭 示 CO2 与有机物反应产高质合成气的反应途径；在以CO2 为反应气的基础上， 进一步探究不同铁氧催化剂对餐厨垃圾微波热解过程中的升温特性、产物产率、 组成及特性的变化规律，从而探索铁氧催化剂在餐厨垃圾微波热解反应中的催化 作用，为实现餐厨垃圾与CO2 的共能源化技术研发提供了理论依据。 本文研究了不同微波输入功率及反应气氛（CO 和N ）对餐厨垃圾微波热解 2 2 产物的影响。结果表明，随着微波输入功率提高（800W– 1400W ），餐厨垃圾微波 热解的升温速度及热解终温均随之升高。当微波功率为 1400W 时，与CO2 为反 应气相比，物料在N2 气氛下的升温速率及热解终温更高，这种差异可能是由于 在热解过程中CO2 与挥发性有机物和生物炭发生反应，消耗了部分热能，从而降 低了热解温度。以CO2 为反应气时，生物气的产率显著升高，而生物油及生物炭 的产率下降。其中，在CO2 氛围下生物气的产率高达69.70 wt.%，较N2 气氛下 相比，提高了 25.29 % ，这说明CO2 促进了餐厨垃圾中的有机质发生热解反应。 随CO2 反应气浓度的升高(从0 vol.%至 100 vol.% ) ，CO 的含量从 18.35%升至 2 27.86%, 轻质生物的含量从 6.56%降至4.24% ，生物炭的比表面积从 3.12 m /g 提高 2 至205.71 m /g 。这是由于CO2 与部分轻质油及生物炭发生反应，在提高了 合成气的产率的同时还促进了生物炭的孔隙结构发展，进一步提高了生物炭的比 表面积。 在餐厨垃圾与 CO2 微波共热解过程中添加铁氧催化剂有助于提高微波能转 化为热能的效率，降低物料热解所需的活化能，从而提高升温速率、热解终温和 改变热解产物的组分及其品质。结果显示，在Fe O 催化条件下，合成气产率及 3 4 其热值与Fe O 相比，分别增加了43.22%和34.53% 。而以Fe O 为催化剂时， 2 3 2 3 I CO2 气氛下铁氧催化剂对餐厨垃圾微波热解产物的分布规律及特性影响研究 生物油中烃类化合物的相对含量最高，多环芳烃的相对含量最低，提高了生物油 的品质。不同的铁氧催化剂具备不同的催化性能，这是因为当金属氧化物中存在 两种价态的金属离子时会形成非化学计量比的缺陷结构（如Fe O ），从而引起晶 3 4 体结构出现缺陷，改变了催化剂的吸波性能并提高了物料的升温速率及热解终温， 使得餐厨垃圾中的有机物更快速地发生分解断裂和脱氢反应，产生大量的生物气 和小分子油类产物。此外，在催化过程中，铁氧催化剂晶格中的氧会发生脱离并 形成活性位点，进一步提高了有机物的催化分解效率和促进了H 、CO 和轻质生 2 物油的形成。 关