有关生物炭与活性炭的调研

关于生物质热解炭及活性炭的调研关于生物质热解炭及活性炭的调研1调研目的调研目的（1）初步了解国内外生物质热裂解炭和活性炭的研究现状；主要应用领域；分析国内外研究的整体情况。（2）收集国内外关于生物炭不同的研究领域，研究目的，实验方法，实验装置。并进行对比分析，找出有待于创新的领域以及值得借鉴的实验方案。（3）了解国内外在相关方面的研究趋势。（4）了解生物炭经物理活化法和化学活化法处理制备较高吸附能力和较高比表面积的的活性炭。2调研方法调研方法调研主要通过查阅Elseiver期刊，SpringerLink期刊，ACS美国化学学会期刊和CNKI期刊等相关文献。3调研内容调研内容本次调研通过浏览相关文献，分别从生物质热裂解，热解炭活化两方面研究分析。下面分别就调研的相关情况进行阐述：3.1生物质热裂解生物质热裂解生物质热解是生物质在完全缺氧条件下，产生液体、气体、固体三种产物的生物质热降解过程。生物质热裂解技术中对于气态和液态产物研究较多，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。热解炭应用主要集中在能源领域、环保领域和农业生产领域。意大利人chiodo等在《不同生物质的裂解：湖泊藻类和白松木伞藻中的直接比较》一文中,从木屑(白松)，地中海海藻(伞藻)和本地淡水藻类(湖泊藻类)生物炭燃料进行裂解来对生产生物油的可行性调查[1]。印度人BhavyaB.Krishna等在《催化剂接触对小麦秸秆和麦壳的热解的影响》一文中，利用小麦秸秆和麦壳为原料，筛选不同的沸石催化热解制取生物炭[2]。生物质热解技术常用装置类型有：固定床、流化床、夹带流、多炉装置、旋转炉、旋转锥反应器、分批处理装置等。按温度、升温速率、固体停留时间(反应时间)和颗粒大小等实验条件可将热解分为炭化慢热解、快速热解和气化。根据生物质热裂解的升温速率和停留时间，可以将生物质裂解划分为慢速裂解、快速裂解、闪速裂解和气化裂解等方式。2011年Meyer等[3]概括了生物质裂解制备生物碳的常见几种方式以及固体产率和碳含量的大小见表1。除了传统的热裂解技术外，一些新型的生物碳制备手段和技术正在逐渐被开发出来。山东大学的王涛釆用了微波热解法，研究了整包梧杆的热解特性，发现大尺寸的生物质内外受热均匀，所制得的微波热解炭的比表面积比常规热解炭大[4]。与传统热裂解方式相比，微波加热时，系统内的热量分布更加均匀，由于微波是内加热方式，故对生物质的尺寸没有太多的限制，具有较大的应用前景，图1显示了典型生物质微波裂解的装置图以及与传统热裂解的差异性。除微波外，另外一些新型裂解技术也有一定开展，如激光和等离子体裂解技术。激光裂解技术样品的使用量较少，并且可以进行快速的升温和降温，这样可以有效避免二次反应的发生但由于装置价格昂贵且对裂解样品有限制，激光裂解技术没有得到很大推表1不同生物质热裂解方式的反应溢度、停留时间和固态产率图1微波裂解发生装置及其与传统加热方式的区别广。等离子体裂解技术主要应用在制备合成气和焦炭上，相比传统的裂解技术，其可较大提高合成气而降低生物油的产率。但由于能量和温度较高，电能消耗量很大，这一裂解技术也没有得到很大的应用。3.2热解炭活化热解炭活化Azargohar等采用KOH对杉木快速热解炭进行了化学活化，在活化温度为953K时得到活化后热解炭的比表面积为836m2/g[5]。Yu等采用木料废弃物快速热裂解炭为原料，经过KOH化学活化并经发烟硫酸处理后用于菜籽油和甲醇的转酯化研究中，表明活化后热解炭的比表面积和酸度对催化剂的活性有重要影响[6]。Amir等在利用快速热裂解炭作为催化剂载体制取生物柴油时也得到了相同的结论，即经过KOH活化后的热解炭比表面积越大转酯化活性越好。由此可知，热解炭高效利用的前提是需要具有好的孔结构特性和低的灰分含量[7]。浙江大学尹倩倩采用化学(KOH)方法对生物质原料花梨木和稻壳的快速热裂解炭进行了活化,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[8]。同时，活化后BET比表面积迅速增大，超过1100m2/g，而且热解炭的石墨化程度都有所加，接近商业活性炭的比表面积。这都说明花梨木和稻壳热解炭具有可以作为活性炭或者催化剂载体的潜力。热解炭的制取过程如下：制取过程在浙江大学自行研发设计的5kg/h快速热裂解流化床试验台上完成。原始生物质花梨木和稻壳经干燥、破碎和筛分等预处理后形成粒径为0．2—0．5mm的物料，由氮气流携带输送至流化床反应器中进行快速热裂解，反应的气相停留时间为1s。反应产物经冷凝后得到生物油、不冷凝气体和热解炭。花梨木和稻壳在773K条件下快速热裂解的焦炭产率分别为16%和27%[9]。上述快速热裂解得到的花梨木和稻壳热解炭中固定碳含量分别为55.22%