玉米秸秆水热焦热解及动力学特性研究 被引量：5

1

作者 董向元 郭淑青 +3 位作者 杨继涛 高新杰 王折折 王树中 《林产化学与工业》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第3期83-89,共7页

以玉米秸秆为原料制备水热焦,分析了不同反应强度下水热焦碳质量分数的变化规律,并采用Friedman法、Flynn-Wall-Ozawa(FWO)法和Kissenger-Akahira-Sunose(KAS)法,研究了玉米秸秆原料及水热焦(250℃、480 min)的热解过程,计算了其反应活... 以玉米秸秆为原料制备水热焦,分析了不同反应强度下水热焦碳质量分数的变化规律,并采用Friedman法、Flynn-Wall-Ozawa(FWO)法和Kissenger-Akahira-Sunose(KAS)法,研究了玉米秸秆原料及水热焦(250℃、480 min)的热解过程,计算了其反应活化能。结果表明:在210~290℃,30~480 min反应区间内,玉米秸秆水热焦碳质量分数随水热反应强度增加而增加;水热焦的固体焦产率和热解最大反应速率随水热反应强度增加均呈降低趋势,最大反应速率对应的热解温度区间由280~380℃变为400~450℃,当反应强度超过7.11(250℃、480 min)时,最大反应速率变化相对平稳;玉米秸秆原料及水热焦的热解均可分为脱水、主热解、炭化3个阶段;FWO和KAS模型计算得到的活化能值较为接近,在高转化率阶段(转化率大于20%),水热焦(250℃、480 min)活化能远高于玉米秸秆活化能,当转化率为75%时,通过FWO和KAS法计算得到的水热焦活化能分别为260.87和261.84 kJ/mol,而玉米秸秆的活化能仅为145.55和142.74 kJ/mol。 展开更多

关键词 玉米秸秆 水热焦 热重 动力学 活化能

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桂圆壳水热焦结构和热力学特性分析 被引量：2

2

作者 董向元 郭淑青 +3 位作者 王红艳 朱彩霞 王折折 高新杰 《太阳能学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第8期2121-2127,共7页

以桂圆壳为原料,通过水热碳化实验结合元素、傅里叶红外光谱分析和热力学特性参数计算,深入研究其水热焦结构演变和热力学特性。结果表明:在反应强度参数lgR0为4.72~7.98时,水热焦产率和氧元素质量分数逐渐减少,而液体产物产率和碳元素... 以桂圆壳为原料,通过水热碳化实验结合元素、傅里叶红外光谱分析和热力学特性参数计算,深入研究其水热焦结构演变和热力学特性。结果表明:在反应强度参数lgR0为4.72~7.98时,水热焦产率和氧元素质量分数逐渐减少,而液体产物产率和碳元素质量分数逐渐增加,生成焓EF、高位热值HHV、低位热值LHV和化学CE有所增加,当lgR0为5.92~7.10时,各参数变化较为明显,lgR0为7.10时,水热焦和液体产物产率分别为42.30%和43.57%,碳和氧元素质量分数分别为68.44%和17.80%,O/C原子比0.2,EF和CE分别为-1.58 MJ/kg和31.00 MJ/kg,HHV为30.02 MJ/kg,如以碳化为主,反应强度参数lgR0可控制在约7.10。 展开更多

关键词 生物质 热化学处理 水热焦 热力学分析 结构分析

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豆腐废水对芦苇秆水热焦特性的影响 被引量：4

3

作者 郭淑青 董向元 +2 位作者 张恒瑞 王树中 高新杰 《太阳能学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第9期405-409,共5页

为寻求生物质水热碳化处理技术的替代溶剂,以豆腐废水为溶剂,芦苇秆为原料,在190~270℃、60 min条件下进行水热碳化实验研究,参照纯水溶剂,深入分析2种溶剂中水热焦的组成和燃料特性。结果表明:随着反应温度的升高,在豆腐废水作用下,水... 为寻求生物质水热碳化处理技术的替代溶剂,以豆腐废水为溶剂,芦苇秆为原料,在190~270℃、60 min条件下进行水热碳化实验研究,参照纯水溶剂,深入分析2种溶剂中水热焦的组成和燃料特性。结果表明:随着反应温度的升高,在豆腐废水作用下,水热焦产率从84.6%减至52.4%,比纯水溶剂中水热焦产率高11%~17%;而碳质量分数从51.51%增至69.41%,同纯水溶剂相比,整个实验温度范围内,豆腐废水溶剂中水热焦碳质量分数较高而O/C原子比较低,至250℃时,高位热值和能量密度分别达27.6 MJ/kg和1.72,燃料比为092,H/C和O/C原子比进入褐煤区域,豆腐废水可促进芦苇秆的脱羧反应,提高水热焦的燃料特性。 展开更多

关键词 生物质 水热碳化 燃料特性 燃烧 水热焦

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不同豆腐废水添加量下芦苇秆水热焦燃烧特性研究 被引量：2

4

作者 郭淑青 董向元 +3 位作者 陈祥 王树中 高新杰 张恒瑞 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第3期325-330,共6页

为研究豆腐废水添加量对生物质水热碳化行为的影响,以芦苇秆为原料,纯水溶剂为参照,在反应温度250℃、停留时间240 min、液固比5~30条件下进行了水热碳化实验,分析了水热焦元素组成和燃烧特性的变化规律。结果表明,随着液固比的增加,豆... 为研究豆腐废水添加量对生物质水热碳化行为的影响,以芦苇秆为原料,纯水溶剂为参照,在反应温度250℃、停留时间240 min、液固比5~30条件下进行了水热碳化实验,分析了水热焦元素组成和燃烧特性的变化规律。结果表明,随着液固比的增加,豆腐废水溶剂中水热焦产率从49.27%增至63.53%,而纯水溶剂中水热焦产率从46.30%下降至38.30%,两者变化趋势相反;豆腐废水中水热焦的C和N质量分数变化范围分别为68.35%~70.30%和1.48%~3.26%,高于纯水中水热焦的相应参数,且随着液固比增加,豆腐废水中水热焦的C和N质量回收率增加;豆腐废水促进了芦苇秆的脱羧反应,水热焦H/C原子比和O/C原子比均与褐煤相近,高位热值最高为29.53 MJ/kg,能量密度约为1.80,能量回收率从0.85增至1.17,而燃料比从1.09减小至0.78。在液固比不大于10时,豆腐废水溶剂中的芦苇秆水热焦有与纯水溶剂水热焦相近的燃烧特性,其燃烧性能良好。 展开更多

关键词 芦苇秆 水热焦 豆腐废水 生物质 水热碳化 燃烧

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榴莲壳水热焦特性及其电化学性能分析 被引量：2

5

作者 郭淑青 董向元 张恒瑞 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第4期336-341,共6页

为研究榴莲壳水热焦作为电极材料的性能,以榴莲壳为原料,在250℃、10 h和液固比为10 g/g的条件下,通过一步水热炭化将其制备成水热焦,并分析了水热焦的元素组成、结构特性及其作为电极材料的电化学性能。结果表明,榴莲壳水热焦C质量分... 为研究榴莲壳水热焦作为电极材料的性能,以榴莲壳为原料,在250℃、10 h和液固比为10 g/g的条件下,通过一步水热炭化将其制备成水热焦,并分析了水热焦的元素组成、结构特性及其作为电极材料的电化学性能。结果表明,榴莲壳水热焦C质量分数高达70.29%,O质量分数低至16.96%,表面含有丰富的含氧官能团,水热焦中的C主要呈无定形结构,部分接近天然石墨结构;水热焦表面粗糙、分布着尺寸不同的孔隙,多点BET比表面积为38.74 m^(2)/g,平均孔径4.67 nm;在6 mol/L KOH作为电解质的三电极系统中,以水热焦作为工作电极的循环伏安曲线对称,且近似矩形,说明水热焦中含杂原子的官能团提供了部分赝电容,恒电流充放电曲线近似为三角形,1 A/g时比电容为344.83 F/g;交流阻抗曲线在低频区呈陡直的斜线,说明榴莲壳水热焦具有良好的电性能和循环稳定性,可用于超级电容器电极材料和低成本的储能材料。 展开更多

关键词 榴莲壳 水热炭化 水热焦 超级电容器 电极材料

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豆制品废水同荷叶水热碳化对水热焦特性的影响 被引量：1

6

作者 郭淑青 李硕 +3 位作者 程陈 吴宇阳 陈政权 董向元 《太阳能学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第2期205-209,共5页

为研究豆制品废水协同荷叶水热碳化对水热焦特性的影响,将豆制品废水与荷叶按两者不同干基固体质量比均匀混合,在200℃、10 h、液体与总干基固体质量比为10的条件下进行水热碳化,分析所获水热焦的理化特性。结果表明,同荷叶单独在纯水... 为研究豆制品废水协同荷叶水热碳化对水热焦特性的影响,将豆制品废水与荷叶按两者不同干基固体质量比均匀混合,在200℃、10 h、液体与总干基固体质量比为10的条件下进行水热碳化,分析所获水热焦的理化特性。结果表明,同荷叶单独在纯水中水热碳化所得水热焦相比,豆制品废水同荷叶水热制得的水热焦产率有所下降,C和N质量分数有所增加,O质量分数有所减少。豆制品废水中干物质与荷叶干基质量比从1增至5时,水热焦产率从34.05%下降至31.00%,C质量分数从58.78%增至66.74%,O质量分数从26.15%降至16.23%,而N质量分数均约为3.60%,为其作为电极材料应用提供了有利条件,但豆制品废水中干物质占比增加时,并未明显增加水热焦中N元素质量分数,同时降低了石墨化程度,豆制品废水中干物质与荷叶干基质量比以不超过3为宜。 展开更多

关键词 生物质 水热碳化 废水 水热焦 荷叶

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榴莲壳水热焦耦合MgAl-LDH复合焦特性及电化学性能

7

作者 郭淑青 张恒瑞 +3 位作者 谭文轶 陈祥 王红艳 董向元 《太阳能学报》 CSCD 北大核心 2021年第8期483-487,共5页

为研究榴莲壳水热焦耦合层状双金属氢氧化物制备的复合焦作为电极材料的性能,以榴莲壳为碳源,经两步水热法将榴莲壳水热焦与MgAl-LDH复合,制备成MgAl-LDH@BC复合焦,分析其理化特性与电化学性能。结果表明,MgAl-LDH@BC焦表面以C、O元素为... 为研究榴莲壳水热焦耦合层状双金属氢氧化物制备的复合焦作为电极材料的性能,以榴莲壳为碳源,经两步水热法将榴莲壳水热焦与MgAl-LDH复合,制备成MgAl-LDH@BC复合焦,分析其理化特性与电化学性能。结果表明,MgAl-LDH@BC焦表面以C、O元素为主,C、O原子百分比分别为56.04%和33.94%;复合焦呈层状多孔结构,平均孔径为15.44 nm,BET比表面积为75.51 m^(2)/g;在三电极系统中,6 mol/L KOH为电解质时,MgAl-LDH@BC作为工作电极的循环伏安曲线近似矩形且对称,不同电流密度下的恒电流充放电曲线近似为三角形,1 A/g时具有742.68 F/g的比电容,低频时交流阻抗曲线显示为陡斜线,作为超级电容器电极材料应用时,电容保持率和倍率性能较好。 展开更多

关键词 生物质 水热碳化 超级电容器 水热焦 层状双金属氢氧化物

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液固比对生物质水热炭化产物结构演变的影响 被引量：6

8

作者 董向元 郭淑青 +2 位作者 吴婷婷 石凤娟 郑慧凡 《太阳能学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第7期2005-2011,共7页

为了研究水量的添加对生物质水热炭化反应过程和目标产物水热焦特性的影响,以草坪草、麦秆和梧桐树叶为原料,利用高温高压反应釜,对3种生物质分别在不同反应温度、液固比(水与生物质原料干基质量比)为10~50的条件下,进行水热炭化实验,... 为了研究水量的添加对生物质水热炭化反应过程和目标产物水热焦特性的影响,以草坪草、麦秆和梧桐树叶为原料,利用高温高压反应釜,对3种生物质分别在不同反应温度、液固比(水与生物质原料干基质量比)为10~50的条件下,进行水热炭化实验,并对实验所得水热焦的组成与结构和液体产物中还原糖产量的变化进行分析。研究发现,随着液固比的增加,草坪草、麦秆和梧桐树叶水热焦产率均有所下降,但当液固比超过30以后,变化幅度均不大,在液固比10~50范围内,水热焦产率是液固比的函数,均可用单指数衰减函数进行拟合,这有利于水热焦产率的预测;3种水热焦的碳含量和液体产物中还原糖产量随液固比的增加而增加,而糖类化合物特征峰的红外吸收强度有所减弱;由傅里叶红外光谱分析可知,随着温度的升高及液固比的增加,水热炭化反应的影响逐渐减弱,在反应温度200~240℃,液固比从10增加到50时,主要增加水的溶解性能,对化学反应的影响较小,从水热焦的理化特性演变发现温度较高时,可选择相对较低的液固比。 展开更多

关键词 水热炭化 生物质 液固比 水热焦 还原糖

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不同温度下反应溶液对麦秆水热碳化的影响 被引量：3

9

作者 董向元 郭淑青 +2 位作者 吴婷婷 韩洋洋 吴腾飞 《可再生能源》 CAS 北大核心 2017年第2期166-172,共7页

为了研究回收溶液中生物质的水热碳化过程和产物特性,在间歇式反应釜中,以麦秆为实验原料,麦秆水热反应溶液为溶剂,进行反应温度为160~240℃,停留时间为120 min的水热碳化实验研究。研究结果表明:同纯水作溶剂相比,回收溶液为溶剂时,随... 为了研究回收溶液中生物质的水热碳化过程和产物特性,在间歇式反应釜中,以麦秆为实验原料,麦秆水热反应溶液为溶剂,进行反应温度为160~240℃,停留时间为120 min的水热碳化实验研究。研究结果表明:同纯水作溶剂相比,回收溶液为溶剂时,随反应温度的升高,固体产物产率增加2%~5%,有序化和芳香化程度逐渐升高,热稳定性增强;液体产物中还原糖浓度从160℃时的7.572 g/L下降至240℃时的2.753 g/L,乙酸浓度从2.698 g/L增加至6.852 g/L,糠醛和5-HMF浓度变化幅度很小;乙酸的累积对水热碳化过程有催化作用。回收利用反应溶液有利于液体产物中碳的固存和反应强度的降低。 展开更多

关键词 水热碳化 麦秆 回收溶液 水热焦

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葡萄糖水溶液环境对麦秆水热产物特性的影响

10

作者 郭淑青 吴婷婷 +1 位作者 董向元 刘开拓 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第11期195-200,共6页

为了研究葡萄糖对水热炭化反应过程和水热焦形成的影响,以麦秆为原料,利用高温高压反应釜,对麦秆在葡萄糖水溶液环境中的炭化反应过程和水热焦理化结构演变及液相产物主要组分浓度分布的变化进行了分析。研究发现,在反应温度220℃,停留... 为了研究葡萄糖对水热炭化反应过程和水热焦形成的影响,以麦秆为原料,利用高温高压反应釜,对麦秆在葡萄糖水溶液环境中的炭化反应过程和水热焦理化结构演变及液相产物主要组分浓度分布的变化进行了分析。研究发现,在反应温度220℃,停留时间120 min条件下,随着葡萄糖添加量的增加,水热焦产率和碳质量分数有所增加,而氢和氧质量分数未发生明显改变,当葡萄糖添加量为麦秆质量的0.4倍时,水热焦产率达68.56%;葡萄糖分子阻碍了麦秆中主要化学组分的分解与炭化反应,使得水热焦炭聚合物的红外吸收特征峰减弱,同时XRD衍射峰强度降低,热稳定性下降,如选择水热炭化过程水循环利用,可进行可溶性糖分离;在麦秆与葡萄糖共同水热炭化过程中,葡萄糖以分解反应为主,同未添加葡萄糖的麦秆水热炭化液相产物相比,糠醛、5-HMF和乙酸的质量浓度均有所增加,其中5-HMF增加最为显著,至葡萄糖添加量为4 g时,达20.21 g/L。 展开更多

关键词 麦秆 葡萄糖 水热炭化 水热焦 水溶物

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不同水热条件对秸秆微波水热碳化产物组成和结构特性影响 被引量：9

11

作者 牛文娟 黄金芝 +4 位作者 钟菲 张诗麟 孟令凯 朱彤 袁巧霞 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第10期205-213,共9页

为了解秸秆微波水热碳化过程中产物形成机制及其理化结构演变规律,该文采用控制变量法进行了单因素试验设计,研究了水热温度、停留时间、催化剂和原料种类对秸秆微波水热产物组成和结构特性的影响。结果表明,随着水热温度升高和停留时... 为了解秸秆微波水热碳化过程中产物形成机制及其理化结构演变规律,该文采用控制变量法进行了单因素试验设计,研究了水热温度、停留时间、催化剂和原料种类对秸秆微波水热产物组成和结构特性的影响。结果表明,随着水热温度升高和停留时间延长,液相产物的pH值先降低后增加,最低值为3.13,电导率和PO4^3-–P质量浓度先增加后下降,最大值分别为9.38 mS/cm和308 mg/L,NH4^+–N质量浓度增加,260℃最大值为155 mg/L,而水热焦的产率、H/C和O/C下降,固定碳、C、高位热值增加。高温和长停留时间使水热焦生成较多纳米碳微球结构,且使其O-H键先增多后减少。高温和K2CO3使水热焦的芳香烃结构和C=O、C–O含氧官能团增强,而长停留时间使其先增强后减弱。高温和长停留时间使水热焦的比表面积、孔体积和孔径均先增加后降低,而K2CO3使水热焦的纳米碳微球和比表面积增加,最大比表面积为10.975 9 m^2/g。玉米秆、水稻秆和油菜秆水热焦的纳米碳微球结构最明显,棉花秆水热焦的比表面积和孔体积最大。 展开更多

关键词 秸秆 温度 微波水热 水热焦 停留时间 结构特征

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亚临界水中杉木碱木质素的解聚特性分析 被引量：4

12

作者 李霄虹 武书彬 《林产化学与工业》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第3期60-66,共7页

利用间歇式高压反应釜在250~350℃的亚临界水中进行杉木碱木质素的水热解聚反应。通过GC/MS的定性、定量分析以及元素分析和FT-IR,分析反应液相和固相产物的组成与结构变化,探究了不同温度下碱木质素水热解聚的反应特性。结果表明,碱木... 利用间歇式高压反应釜在250~350℃的亚临界水中进行杉木碱木质素的水热解聚反应。通过GC/MS的定性、定量分析以及元素分析和FT-IR,分析反应液相和固相产物的组成与结构变化,探究了不同温度下碱木质素水热解聚的反应特性。结果表明,碱木质素水热解聚反应残渣率在325℃时最低,为18.66%。碱木质素在亚临界水中解聚所得的液相产物中酚类化合物GC含量均在80%以上,且随反应温度的升高,酚类化合物种类增加,总酚含量提高。酚类产物中愈创木酚的含量最高,其质量分数在325℃时达最高17.71 mg/g。随着反应温度升高,在一定程度上木质素脱氢脱氧,含碳量增加。在325℃时碳基转化率和能量转化率均最高,分别为79.18%和79.95%。在温度低于325℃时,水热焦的化学结构与木质素相似,达到350℃时,木质素严重缩合炭化。 展开更多

关键词 亚临界水 木质素 解聚 酚类化合物 水热焦

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水热碳化制备榴莲壳复合焦及其电化学性能 被引量：4

13

作者 董向元 张恒瑞 +2 位作者 陈祥 李硕 郭淑青 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第8期316-322,共7页

为研究水热碳化处理对榴莲壳复合改性焦性能的影响,将榴莲壳原料及250℃、10 h制备的水热焦分别与层状氢氧化镁铝(Mg/Al LayeredDoubleHydroxide,MgAl-LDH)复合,获得榴莲壳与MgAl-LDH复合焦MgAl-LDH@DP和榴莲壳水热焦与MgAl-LDH复合焦Mg... 为研究水热碳化处理对榴莲壳复合改性焦性能的影响,将榴莲壳原料及250℃、10 h制备的水热焦分别与层状氢氧化镁铝(Mg/Al LayeredDoubleHydroxide,MgAl-LDH)复合,获得榴莲壳与MgAl-LDH复合焦MgAl-LDH@DP和榴莲壳水热焦与MgAl-LDH复合焦MgAl-LDH@HC,分析比较两种焦的特性以及电化学性能。结果表明,同MgAl-LDH@DP相比,MgAl-LDH@HC有更强的活性含氧官能团,对LDH纳米片有较好的分散性。MgAl-LDH@DP焦表面有大量针状结构,而MgAl-LDH@HC呈不规则片状结构,表面疏松多孔,BET(Brunauer-Emmett-Teller)比表面积为62.96 m~2/g,平均孔径14.81 nm,BJH(Barrett-Joyner-Halenda)累积吸附孔容积为0.24 cm^(3)/g,均高于前者,更有利于电荷储存和电子传输。在KOH溶液为电解质、复合焦为工作电极的三电极系统中,循环伏安曲线和恒电流充放电曲线分别接近矩形和三角形,同MgAl-LDH@DP相比,MgAl-LDH@HC有较好的电容特性和倍率性能,低频时交流阻抗曲线斜率更大,离子扩散阻力相对较小,有潜力作为超级电容器电极材料应用。 展开更多

关键词 生物炭 水热焦 电化学性能 榴莲壳 层状双氢氧化物

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不同废水对芦苇秆水热碳化提质的影响 被引量：1

14

作者 董向元 程陈 +3 位作者 陈祥 吴宇阳 陈政权 郭淑青 《现代化工》 CAS CSCD 北大核心 2022年第10期145-148,153,共5页

以芦苇秆为原料,分别用豆腐废水和造纸黑液作反应溶剂,在250℃、240 min和液固比为10的反应条件下开展水热碳化实验,并与纯水环境相对比。结果表明,2种废水都可替代纯水作为芦苇秆水热碳化反应溶剂;与造纸黑液和纯水相比,豆腐废水环境... 以芦苇秆为原料,分别用豆腐废水和造纸黑液作反应溶剂,在250℃、240 min和液固比为10的反应条件下开展水热碳化实验,并与纯水环境相对比。结果表明,2种废水都可替代纯水作为芦苇秆水热碳化反应溶剂;与造纸黑液和纯水相比,豆腐废水环境有利于提高水热焦产率、碳含量、高位热值和能量回收率,但造纸黑液作用下水热焦表现出更好的燃烧行为。2种废水替代纯水作为溶剂时,均无需额外处理且工艺简单,既减少了纯水资源消耗,又可充分回收利用废水中有机物,水热焦均可作燃料使用。 展开更多

关键词 水热碳化 生物质 废水 水热焦 燃料

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造纸黑液对苇秆水热碳化的影响 被引量：1

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作者 陈祥 吴宇阳 +3 位作者 程陈 陈政权 董向元 郭淑青 《现代化工》 CAS CSCD 北大核心 2023年第1期141-144,共4页

以芦苇秆为物料并对比纯水环境,考察了造纸黑液和芦苇秆质量比(液固比)对生物质水热碳化过程的影响。结果表明,随着液固比增加,水热焦产率从42.20%下降至31.87%,均低于纯水中相应水热焦产率;碳质量分数为67.01%~69.04%,稍高于纯水环境... 以芦苇秆为物料并对比纯水环境,考察了造纸黑液和芦苇秆质量比(液固比)对生物质水热碳化过程的影响。结果表明,随着液固比增加,水热焦产率从42.20%下降至31.87%,均低于纯水中相应水热焦产率;碳质量分数为67.01%~69.04%,稍高于纯水环境中对应参数。两种环境下,水热焦H/C和O/C原子质量比均进入褐煤区域。造纸黑液促进了芦苇秆中有机物的溶解,液固比增加至10以后,水热焦高位热值最高为28.06 MJ/kg,能量密度约为1.7,燃料比大于1,液体产物pH约为4。 展开更多

关键词 生物质 水热碳化 造纸黑液 燃烧 水热焦

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