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酸催化生产生物质炭技术简介
人类在发展过程中目前面临能源危机和环境污染双重压力。在能源消费方面,目前世界能源消耗91%的是一次性矿物燃料能源,但矿物燃料是有限的,不可能成为人类的永久性能源。因此寻找可替代化石能源的新能源是人类可持续发展的必由之路。 据估计,全世界每年由光合作用而固定的碳达2×1011 吨,含能量达3×1018 千焦,可开发的能源约相当于全世界每年耗能量的10 倍;生成的可利用干生物质约为1700 亿吨,而目前将其作为能源来利用的仅为13 亿吨,约占其总产量的0.76%,生物质资源开发利用潜力巨大。据测算,我国拥有的生物质能资源为50 亿吨左右,是我国目前总能耗的4 倍左右[5]。生物质资源虽然丰富,但由于保存和转化的技术落后导致生物质资源浪费严重,如秸秆等农业废弃物在田间焚烧,林业产品加工产生的木屑、锯末等被直接丢弃,食品加工的壳、皮等被当作垃圾填埋,这不仅污染了环境,还造成了生物质资源的巨大浪费 利用生物质制备炭材料,在能源领域利用可以直接作为燃料使用,可以避免生物质原料本身能量密度低、体积庞大难于运输等弊端,同时相对于燃煤可以减少硫排放,从而减少对环境的污染,但目前制造成本高,只有在特定的场合才使用,目前生物质炭在能源方面主要作为高端的燃料电池正极材料。另一方面生物质炭本身的多孔性致使它具有巨大的比表面积、发达的孔隙结构以及较好的化学稳定性和机械强度,在环保领域对重金属良好的吸附性能,因此对重金属废水处理及土壤恢复与改良具有巨大的应用潜力[8-14]。 由于传统工艺制造活性炭成本高,因此限制了其应用范围。如何最大限度降低制造成本是科研工作必须努力的方向。 生物质炭的制备方法主要分为:热分解法,微波炭化法,水热炭化法。热分解炭化法是目前制备生物质炭的主要方法,热分解制备生物质炭是在隔绝空气条件下生物质的高温裂解成炭,一般需要炭化与活化两个过程且二者可分步或同步进行。首先炭化过程是在300 –1000 0C下使生物质中分子链中C-O、C-C键断裂成炭,随着温度的升高, 生物质炭的产量降低, 含碳量逐渐增加。活化的目的是利用气体或化学物质改变炭化料的内部结构, 扩大孔体积, 增加活性炭的吸附性能。物理活化采用如水蒸气、空气、CO2进行活化;化学活化则采用化学物质如NaOH,ZnCl2,KOH, K2CO3等在600~11000C下活化,得到活性生物质炭产品。热分解法的缺点在于反应时间长,反应耗能大,传热效率低和反应原料加热不均匀等。微波炭化法则是通过被加热体内部偶极分子的高频往复运动,使分子间相互碰撞产生大量摩擦热量,继而使物料内外部同时快速均匀升温从而达到裂解及炭化的目的。微波加热具有操作简单、升温速率快、反应效率高、可选择性均匀加热等优点。生物质通过微波炭化处理其活性炭得率较高(一般达到40%左右)且表面积大。但微波炭化的不足在于物料的反应温度不能精确控制,过量的微波辐射将对人体健康有损害且工业化放大过程比较困难。水热炭化法是在一定温度(一般200 ℃)和压强(下将水热反应釜内的生物质( 碳水化合物、有机分子和废弃生物质等) 、催化剂和水进行加热,实现对生物质炭化的过程。水热炭化一般制得的生物质表面积小一般500m2/g以下,同时反应时间长,因此生产成本较高。 总之制备生物质炭材料具有丰富的原料来源,同时在能源及环境方面具有广阔的应用前景,尤其在重金属污染治理及土壤恢复及改良前景更为广阔。但目前生物质转化为炭流程长,分解温度高,造成生产成本高而致使生物质的利用率低。如何更高效、成本更低廉实现生物质的炭转化,无论对于人类能源结构优化及环境保护均有十分重要的现实意义。 本项目提出了一种酸催化裂解炭化生物质原料的方法,采用酸催化直接将生物质分解及炭化,并在低温下(2000C左右)加速炭化及活化(6000C以下) 过程,吸收炭化及活化过程蒸发的酸及液态有机物,酸进行循环利用,实现生物质炭材料绿色制备。由此可以制备出生物质炭材料比表面在1000m2/g以上,得率达到50%以上,从而降低生物质炭的制造成本,拓宽其应用范围。二.技术路线酸催化生产技术路线见下图,生物质粉碎后,采用一定酸浸湿润,干燥后进行炭化及活化,控制在4000C下炭化完全冷却,炭化活化过程进行酸回收并返回使用,炭化完全后冷却,加粘结剂压块便得到生物质炭。  图1 酸催化制备生物质炭工艺流程三.技术开发内容及指标技术开发内容生物质原料的筛选及酸种类的筛选温度、时间工艺参数的优化;粘结剂的选择与添加工艺确定日处理1吨中试放大设备选择与设计;技术指标生物质炭得率大于50%;生物质炭的碳含量高于80%;生物质炭燃烧后的灰分小于5%;生物质炭材料比表面在1000m2/g以上。四.经济效益初步分析生物质炭售价按3000元/吨计算,原材料及处理成本约1500元/吨;按年生产1万吨计算,年效益为=(3000-1500)x10000=1500万元。 本项目作为生物质炭新工艺相对于传统工艺,大幅度提高了生物质炭的转化效率及降低了生产成本,因此经济效益非常显著,如果作为活性炭使用效益更加显著。同时具有很好的推广前景。
清华大学 2021-04-13
一种催化分解磷石膏的方法
本发明涉及一种催化分解磷石膏的方法。其技术方案是:按磷石膏和炭化稻壳的质量比为(20——1)︰1,将磷石膏和炭化稻壳混合均匀,制得混合料。再将所述的混合料放入管式炉中,在600——900℃条件下进行催化分解反应,反应时间为60——180min,反应得到的二氧化硫气体直接制硫酸,反应得到的固体产物为活性石灰、或为硅酸钙、或为活性石灰和硅酸钙。其中:所述磷石膏的粒度为0.175——0.043mm,磷石膏的CaSO4为70——95wt%;所述炭化稻壳的粒度为0.175——0.043mm,炭化稻壳中:C为10——80wt%,SiO2为19——89wt%。本发明不仅能有效降低反应温度、加快反应速度、减少能耗和降低生产成本,且能实现对固体产物成分的精确控制。 (注:本项目发布于2014年)
武汉科技大学 2021-01-12
双辊薄带连铸生产项目
双辊铸轧薄带钢技术是将液态钢水直接注入由两个铸轧辊和侧封板构成的熔池内,并随铸轧辊的旋转轧出厚度为1-6mm薄带钢的一种工艺,其工艺的特点是液态金属在结晶凝固的同时承受压力加工和塑性变形,在极短的时间内完成从液态金属到固态薄带的全部过程。薄带钢铸轧工艺流程一直以来被定位于一种具有短流程优势,能获得同传统热轧板尺寸、板形、性能相当的替代产品并能节能降耗、减少生产成本的生产技术。大量研究表明,钢水的凝固速度要比常规板坯铸造中的高几个数量级,凝固组织得到明显细化,过饱和固溶度大大提高,成分偏析得到明显抑制,可以实现组织-织构-析出-性能的一体化控制。 双辊铸轧技术在生产难变形合金钢、耐大气腐蚀钢、高速钢、铁素体不锈钢、硅钢、高强高导铜合金等特殊性能材料上日益表现出某些常规生产工艺无法比拟的优势。双辊薄带连铸这一优势也决定了薄带铸轧技术产业化应该定位在生产高附加值、小批量、常规生产工艺无法驾驭的材料,高品质硅钢正是其中之一。因此,在产品开发上走出适合薄带连铸技术之路,是薄带铸轧技术走向产业化的基点。作为一种短流程、低能耗、投资省、成本低和绿色环保的新一代特殊钢生产工艺流程,投资降低80%,能耗降低7/8,CO2排放减少80%,吨钢成本减少40%。其亚快速凝固优势,可在开发具有高强度、长使用寿命钢材和功能材料(如硅钢、高强钢、高强高导铜合金等)中得到重要的应用。相关技术作为国家钢铁行业十二五规划、高品质特殊钢科技发展“十二五”专项规划、中国钢铁工业“十三五”重点技术发展方向等政府政策及行业规划文件中明确规定需要大力支持和突破的前沿和关键技术,符合我国钢铁产业科技发展的“节能、高效、绿色环保、循环经济发展”的总体战略目标,对先进钢铁材料的开发生产、突破传统硅钢生产流程弊端和我国钢铁企业的转型发展具有划时代的重要意义。
东北大学 2021-04-11
双指针阿秒钟的研究新进展
原子分子内电子运动的时间尺度约在阿秒(10-18s)量级,追踪和测量原子或分子中电子的运动是物理学家的重要目标之一。超快激光技术的出现,使得探索原子分子内电子的超快动力学行为成为可能。基于圆偏振激光的阿秒钟(attoclock)技术是实现超快激光作用下原子的电子动力学测量的一种重要的研究手段。利用圆偏光旋转的光矢量将不同时刻电离的电子偏转到不同角度,通过角度—时间的对应关系实现阿秒时间分辨。传统的研究方案是采用少周期单色圆偏振激光脉冲,通过光电子动量谱研究电子隧穿信息。但由于使用少周期脉冲,获得的光电子动量谱通常不含有电子干涉效应,不能获取隧穿电子波包信息。 北京大学物理学院、人工微结构和介观物理国家重点实验室“极端光学创新研究团队”刘运全教授和龚旗煌院士等,针对双色同向旋圆偏光构建的阿秒钟的工作方式展开深入研究,并取得系列进展。他们首先利用双色(ω + 2ω)同向旋圆偏光可构建双指针阿秒钟[M. Han et al., Phys. Rev. let. 119,073201],其中弱的基频光ω做“时针”,强的二倍频2ω为阿秒钟的“分针”,打破了圆对称性,这种相互作用构型类似于空间旋转的时域双缝干涉仪(图1a),可从电子干涉谱上可提取阿秒时间尺度电子动力学信息。 图2. 实验提取的时间分辨的电子波包动量分布。800nm光场强度分别为(a)0.0045a.u.和(b)0.02a.u., 400nm电场强度固定为0.04a.u.。 近期,他们实验上通过测量双色同向旋圆偏场中(400nm+800nm)激光强度依赖的电子动量分布,给出了双指针阿秒钟在不同强度比下的统一描述。该工作利用先进的冷靶反冲离子电子动量成像谱仪(COLTRIMS),获得了高动量分辨单色400nm圆偏振激光(图1b)以及不同强度比同向旋转双色园偏振强激光场中的光电子的干涉图案(图1c和1d)。通过与理论模拟 [强场近似(SFA)和数值求解含时薛定谔方程(TDSE)],揭示了时针(800nm)对旋转的库仑势的影响以及进而引发的对电子波包幅度和相位的调制。通过改变两束光的强度比,双指针阿秒钟技术实现了“缝宽”可变的空间旋转的时域双缝干涉,基于电子的干涉谱可提取出阿秒时间分辨隧穿电子波包的振幅和相位信息(图2)。双指针阿秒钟(attosecond-clock)技术对于实现圆偏场中非绝热效应的阿秒测量,以及自旋极化动力学的阿秒控制有重要应用。该研究工作发表在近期 《物理评论快报》上[“Universal Description of Attoclock with Two-color Corotating Circular Fields‘’, Phys. Rev. Lett. 122, 013201(2019)]. 研究论文第一作者是葛佩佩同学,研究工作得到了国家自然科学基金委、科技部、人工微结构和介观物理国家重点实验室、量子物质科学协同创新中心和极端光学协同创新中心等的支持。
北京大学 2021-04-11
双低杂交油菜 Double-low Hybrid Rapeseed
傅廷栋院士为首的研究团队培育的双低优质油菜华杂系列、华双系列等新品种,一般比常规品种增产10%-20%,面向湖北及其周边地区累计推广近8000万亩。
华中农业大学 2021-02-01
一种双频双极化天线阵
一种双频双极化天线阵,属于无线通信的天线领域,解决现有 天线阵列所存在的馈线长度长、天线体积大的问题,适用于无线局域 网、WiMax 等网络。本发明包括水平基板、N 个水平极化天线和 N 个 垂直极化天线,水平基板上印制有 N 个以水平基板圆心为对称均匀分 布的水平极化天线,各水平极化天线的形状、尺寸完全相同;N 个垂 直极化天线印制在矩形基板上,分别插入所述水平基板圆周上的 N 个 凹槽,使得各矩形基板与所述水平基板相垂直。本发明采用双频双极 化的结构,缩短了天线尺寸,有效支持无线通信中的 MIMO 和智能天 线的波束切换技术。一个典型的应用是支持 2.4GHz/5GHz 无线局域网 的波束切换和 MIMO 技术,能显著提高无线局域网的系统容量和抗干 扰性能。
华中科技大学 2021-04-11
HM-024双主轴双刀架车削中心
该机床具有正、副两套对置的主轴,二个主轴均采用内冷却同步电主轴,转速可达 6000r/min ;机床配置有二个数控刀架,上刀架为 12 工位伺服驱动双向动力刀架、下刀架为 8 工位电动刀架,可同时对一个工件进行切削;机床数控采用 FANUC 18 i-TB CNC 系统,可实行双通道多轴联动控制,本机床实现了 7 轴控制、 4 轴联动;两个主轴自带 Cs 插补,具有同步对接功能;系统还能进行双通道之间的座标轴同步和混合控制,确保上、下刀架系统互不干涉运行;上、下刀架和副主轴进给全部采用了高刚度直线滚柱导轨和精密级滚珠丝杠,进给速度达 24mm /min 。
上海理工大学 2021-04-11
基于双超时网络报文的组流方法
一种基于双超时网络报文的组流方法,设置短超时和长超时,当报文到达测量器,从报文头中提取流信息,在网络流缓存中查找由所测量报文的网络流记录,如果找到所述的网络流记录,更新流结束标识,否则在网络流缓存中增加一条新的网络流记录,如果测量周期结束,则检查网络流缓存中的每条网络流,如果所检查网络流的流结束标识为1,则所检查短超时判断网络流结束,否则根据长超时判断网络流结束。
东南大学 2021-04-10
一种双钳位取电电路
本实用新型涉及一种双钳位取电电路,由二极管D1、共模电感L1、稳压二极管Z、电阻R、三极管Q及电容C构成,其二极管D1依次与共模电感L1、第三三极管Q3串联,第三三极管Q3的输出端连接第一电容C1、第二电容C2,其第一电容C1与第二电容C2之间为并联,其二极管D1与共模电感L1之间连接一保险丝F1,本实用新型的有益效果为:通过该取电电路,使得输出电压范围在18~36V之间,为后续的DC-DC芯片提供稳定范围的电压,减少因电源的波动造成系统的不稳定以及系统芯片的烧毁。
安徽建筑大学 2021-01-12
等离子双极电切电凝系统
可以量产/n通过系列专利技术的转化研究,打造以微创医疗器械为特色的产业化集群,联合武汉大学/武汉光谷微创医学研发平台等机构,创建以产、学、医、研、用相结合的“光谷微创医学转化工程中心”,旨在为培育建设“国家微创医学工程研究中心”打下坚实基础。
武汉大学 2021-01-12
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