熱裂解工藝條件對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作物秸稈資源化利用的一個重要方式，而農作物秸稈的資源化利用又是當今世界應對能源和環(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，并將其應用在水體中重金屬的去除，以此評價棉花秸稈生物炭的利用價值，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類秸稈作為制備生物炭的原料，利用氮氣氣氛慢速熱裂解的方法制備生物炭，研究了熱裂解溫

2、度、保留時間和原料粒徑三個工藝條件分別對生物炭產率和熱值的影響。結果表明:
　?。?）熱裂解溫度對生物炭產率和熱值的影響顯著，并且生物炭產率和熱值呈明顯的負相關，隨著溫度的升高生物炭產率逐漸降低，而熱值逐漸上升。
　?。?）保留時間對生物炭產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率和熱值呈負相關，隨著保留時間的延長生物炭產率逐漸降低，而熱值逐漸上升。
　?。?）原料粒徑對生物炭產率和熱值的影響均不顯著。另

3、外，根據(jù)大致趨勢，依然可以看出熱值和產率呈負相關。
　　由于三個工藝條件下生物炭產率與熱值均呈負相關，即高產率和高熱值目標無法同時滿足。因此，引入能量得率（單位原料所產生物炭的總能量）作為全面評價生物炭產率和熱值的綜合指標，重點利用響應面分析法分析了三個工藝條件及其交互作用對能量得率的影響，并經(jīng)過檢驗得到優(yōu)化后的能量得率模型。模型預測結果表明，在熱裂解溫度為429℃，保留時間為1.29h，原料粒徑為0.32mm時，能量得率達到最大

4、值，為78.95%，并通過驗證實驗證明了模型的有效性。
　　接著研究了熱裂解溫度、保留時間、原料粒徑三個因素對生物炭特性的影響，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、比表面積等。結果表明，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-OH，-C=C-和-C-H吸收峰的強度均有所減弱；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、棉花秸稈生物炭應用于對水中鉛離子的去除。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Pb(II)的吸附容量最高達50mg/g以上。不同工藝條件下制備的生物炭對吸附存在差異，其中熱裂解溫度對吸附效果的影響最大。綜合分析紅外光譜、比表面積、吸附等溫線等結果，得到生物炭吸附Pb(II)的機理為：當生物炭在較低溫度下炭化時，吸附過程以有機基團絡合和離子交換作用為主，吸附較緩慢，但吸附容量大；當生物炭在較高溫度下炭化時，吸附過