含氧氣氛下的稻稈低溫烘焙機(jī)理及其產(chǎn)物吸附性能研究.pdf

1、烘焙是一種常用的生物質(zhì)熱處理方法，可以有效提升生物質(zhì)的物理化學(xué)性能。本文以中國南方常見的稻稈為原料進(jìn)行了不同氧含量下的低溫烘焙機(jī)理研究，利用管式爐討論了溫度和氧含量對(duì)烘焙固體產(chǎn)物產(chǎn)率及其特性的影響，最后研究了烘焙固體產(chǎn)物對(duì)水中重金屬離子的吸附性能，為生物質(zhì)含氧低溫烘焙制備高能量密度的能源材料及高吸附性能材料，提供了可靠的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與基礎(chǔ)理論。
　　通過不同含氧量下稻稈的恒溫?zé)嶂貙?shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，在230℃到310℃范圍內(nèi)，固體剩余物的量

2、隨著烘焙溫度升高發(fā)生明顯降低，而在同一溫度下氧含量越高，也表現(xiàn)出相同的趨勢(shì)。對(duì)六種含氧量（體積分?jǐn)?shù)分別為0％、3％、7％、11％、16％和21％）下稻稈低溫烘焙的動(dòng)力學(xué)過程進(jìn)行解析后發(fā)現(xiàn)，反應(yīng)級(jí)數(shù)模型中的一階動(dòng)力學(xué)模型能夠很好地描述該過程，表觀活化能隨著氧濃度的增加而下降（從2.012kJ/mol到1.333kJ/mol）。
　　通過管式爐的稻稈烘焙實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)溫度小于250℃時(shí)，烘焙達(dá)到平衡所用的時(shí)間隨著烘焙氣氛中氧含量的上

3、升而增加;當(dāng)溫度大于250℃時(shí)，烘焙時(shí)間隨著氧含量的上升而減小，但溫度越高，不同氧含量下的烘焙時(shí)間差距越不明顯。230℃時(shí)，16％氧含量下的產(chǎn)物熱值最大，為16.94MJ/kg，250℃時(shí)，則7％氧含量的產(chǎn)物熱值最大，為17.21MJ/kg，當(dāng)溫度高于290℃時(shí)，產(chǎn)物熱值隨著氧含量的上升而下降，并且不同氧含量的產(chǎn)物熱值相差越來越大。烘焙有效的降低了稻稈的H/C比和O/C比，當(dāng)烘焙溫度高于270℃，氧濃度大于7％的時(shí)候，產(chǎn)物的H/C比和O

4、/C比下降較快，說明270℃，7％含氧量可能是烘焙反應(yīng)的拐點(diǎn)，當(dāng)烘焙條件大于此工況條件時(shí)，稻稈內(nèi)則發(fā)生劇烈的氧化和熱解反應(yīng)，使得產(chǎn)物迅速炭化，灰分含量迅速上升。因此，稻稈含氧低溫烘焙的最佳條件（產(chǎn)物熱值最高為17.21MJ/kg）為:270℃，7％氧濃度，烘焙時(shí)間為60min。
　　通過掃面電鏡(SEM)和氮吸附分析發(fā)現(xiàn)，烘焙溫度的提升以及氧氣的參與能夠增加烘焙產(chǎn)物的細(xì)碎程度和促進(jìn)烘焙產(chǎn)物比表面積和孔隙的發(fā)育。其中，310℃氮?dú)夥?/p>

5、圍和11％氧含量氛圍下所得的烘焙產(chǎn)物的比表面積分別為2.04和5.35m2/g，而230℃氮?dú)夥諊?1％氧含量氛圍下所得的烘焙產(chǎn)物的比表面積未檢測(cè)到。對(duì)重金屬離子吸附性能的研究發(fā)現(xiàn)，烘焙產(chǎn)物均能夠有效的吸附Cu2+和Pb2+，且吸附能力受烘焙條件控制，較高的烘焙溫度和氧氣的參與更有利于重金屬離子的吸附。對(duì)310℃，11％氧含量下的烘焙產(chǎn)物進(jìn)行了活化，并用Langmuir等溫吸附模型對(duì)活化后產(chǎn)物的吸附過程進(jìn)行了擬合，發(fā)現(xiàn)其對(duì)Cu2+和P