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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
废石油加氢催化剂资源化利用技术
全球每年废石油加氢催化剂的产量约 15~17 万吨,其中富含钼、钨、钴、镍、钒等战略金属。本团队研发了废催化剂中油的高效脱除与回收技术,实现废催化剂中高含量油的资源化利用。开发废催化剂火法还原熔炼富集金属-多金属锍湿法提取技术,突破废催化剂组分复杂、有价金属难以提取的难题。基于元素的地球化学成矿原理,开发催化剂浸出液中钨、钼、钒的高效分离技术。通过上述技术的耦合,形成废石油加氢催化剂资源化利用技术集成。 通过本技术,废加氢催化剂中油的脱除率大于 80%,并以有机油和可燃性气体形式回收。催化剂中 Ni、Co、Mo、W、V 总回收率大于 90%,其中,镍以硫酸镍产出、钴以硫酸钴产出、钒以钒酸铵产出、钨钼以混合盐产出。所产生的废渣达到无害化标准,烟气经处理后可达标排放。
北京科技大学 2021-04-13
汽车尾气三效净化催化剂
随着我国汽车工业的快速发展,汽车产量和保有量迅速增加,汽车尾气排放给城市空气造成的污染日益严重。控制汽车尾气污染的最有效途径是降低单车排放量,安装汽车尾气净化催化剂是目前最有效的方法之一,其关键是高效汽车尾气净化催化剂的开发。根据汽车工业和燃油品质的发展趋势,我们对汽车尾气净化的关键催化反应、净化催化剂的组成、稀土与(非)贵金属组分的相互作用等方面开展了广泛的应用基础研究,采用氧化共沉淀法、尿素水热法、反相微乳液法等制备了高稳定性与高储放氧性能的稀土基储氧材料;采用纤维素模板法和反相微乳液法等制备了大表面积和高热稳定性的氧化铝基复合氧化物;为了降低净化催化剂的成本,充分结合我国丰富的稀土资源,开展了"稀土-非贵金属-微量贵金属"的催化剂设计方案,使催化剂的成本明显下降;发展了整体式催化剂的制备方法,形成了一次涂覆可制备出均质、稳定的整体式催化剂的专有技术;解决了从实验室研究到工业化生产的工程化问题,在多家企业实现了工业化生产,产生了显著的经济效益和社会效益。使用本技术生产的汽车尾气三效催化净化器后,汽车尾气的排放可达到欧-Ⅳ排放标准,同时核心技术在工业源有毒有害污染物的催化净化和天然气催化燃烧中得到了广泛应用,取得了很好的应用效果。 本项目申请了10项中国发明专利(已授权6项)和2项国际发明专利,2005年获第七届上海国际工业博览会创新奖,2006年获上海市技术发明一等奖,2009年获国家科技进步二等奖。
华东理工大学 2021-04-13
高性能燃料电池钳基催化剂
本成果针对燃料电池催化剂长时间运行过程中因碳载体腐蚀、Pt 溶解、迁移团聚长大及Pt中毒等原因而逐渐退化的技术难题,发展了多种提高 燃料电池催化剂稳定性和活性的新方法、新技术,研制出了一系列低成本、高性 能、长寿命燃料电池催化剂。目前,该项目已经具有完全自主知识产权,所开发的燃料电池催化剂已经完全能够满足动力电池的性能要求,属于国际一流国内领 军的高科技技术。
重庆大学 2021-04-11
国家知识产权局办公室关于重点推进“双五星”专利转化运用 加快实施一批专利产业化项目的通知
“双五星”专利是指在高校和科研机构存量专利盘活系统中,高校和科研机构自评价值为五星级、且有一家及以上企业他评价值为五星级的专利。
国家知识产权局 2025-08-11
精细化工、化学合成制药类废水处理技术
精细化工与化学合成制药废水具有浓度高、毒性大、可生化性差等特点,处理难度大, 国内大多数精细化工企业和化学合成制药企业主要采用“稀释生化”法处理其废水。“稀释生 化”不仅浪费了大量的水资源,而且还增加了污染物排放总量。随着我国环保法规的进一步 完善,在经济相对发达的地区,已开始禁止采用“稀释生化”工艺处理废水。为了解决我国精 细化工、化学合成制药等重污染行业废水处理难题,华东理工大学环境工程研究所与江苏、 山东、上海等省市相关企业合作,研究开发了一些有实用价值的精细化工、化学合成制药类废 水处理技术,如CB组合技术、BC组合技术和BCB组合技术等,使这些企业在合理的运行成本 下,实现了废水达标排放的目标。
华东理工大学 2021-04-11
三阶段厌氧工艺技术处理高浓度有机废水
1.项目简介 本项目是省环保局经省政府同意下达的重大科技攻关项目“黄姜皂素废水综合治理工业性试验”的攻关成果。黄姜皂素综合废水的COD浓度在30000~40000mg/L,pH值为0.6~1.5左右,色度为3500倍,其中的Cl-或SO42-的浓度及还原性糖度较高,并且含有对微生物有毒的物质,极难处理。因此,目前所建成的治污设施都无法正常运行。本成果创立了以水解酸化-内电解-改进UASB厌氧为流程的三阶段厌氧工艺技术,并以此为核心与生物接触氧化、催化氧化脱色优化组合为一套新型的工业废水处理工艺。对当前应用的热点--两阶段厌氧工艺进行了创新,将该工艺技术应用于黄姜皂素废水处理,取得重大突破,为保护南水北调中线工程水源、促进黄姜产业可持续发展作出了重要贡献。该成果通过了省环保局组织的专家鉴定,成果为同类技术领先水平,被省科技厅认定为湖北省重大科学技术成果(成果登记号(EK040749)。本成果已申请国家发明专利(国家知识产权局受理号200410013271.7,公开号CN1583599A)。2.主要技术指标 废水经三段厌氧处理后,COD从进水的34000~39000mg/L,到出水COD浓度在2000mg/L左右,COD去除94%以上;然后进入生物接触氧化池好氧曝气,废水中的COD进一步下降至450mg/L以下,NH3-N的去除率在60%以上;经好氧处理的废水再经催化氧化脱色,其COD下降至200mg/L左右,BOD降至30mg/L左右,色度下降至60倍以下,运行费用约为5元/m3。
武汉工程大学 2021-04-11
脱硫废水零排放与烟气脱重金属协同耦合技术
脱硫废水零排放和烟气脱重金属是燃烧烟气治理的两个新的热点方向。本技术将脱硫废水零排放与烟气脱重金属两个工艺过程相结合,通过协同作用,实现两者的有机耦合。本技术在将脱硫废水经过浓缩处理,喷洒到煤场或除尘器前的烟道中,通过高温蒸发实现脱硫废水零排放。同时利用废水干燥后的卤化物,促进烟气中汞、砷等重金属的价态转化,从而更容易实现在后续烟气净化设施中的同步脱除。
东南大学 2021-04-11
从含氯化铵工业废水中提取氯化铵技术
一、项目简介本项技术主要用于含氯化铵工业废水的综合治理。目前我国含氯化铵工业废水对环境的污染相当严重,包括无机化工、有机化工、稀土元素厂等,而工业废水处理又是很大的难题,一般企业的污水处理项目略微亏本或持平都属于好项目。本项技术采用水的闭路循环,蒸发出来的水经凉水塔冷却后循环使用,排放的废水是干净的冷凝水,可达标排放。 其“低温、多效、热泵蒸发和常温结晶”工艺和先进的降膜蒸发设备,使技术水平处于世界领先,并且已获发明专利。二、市场前景本项技术主要从含氯化铵的工业废水中提取氯化铵,不仅解决了工业污水对环境的污染。目前已经向河北、河南、山东、浙江、江苏、福建、山东、深圳、等省市和地区转让。社会效益和经济效益十分明显。技术成熟可靠。总之氯化铵的市场比较广泛,前景很好。三、主要设备及投资我们采用三效、热泵、真空、蒸发工艺,常温结晶工艺可以达到节能环保的要求,蒸发器采用钛材制造,使用寿命10年,使得设备投资相对降低。若是年产10000吨氯化铵的规模,投资将近1000万元人民币。四、效益分析  氯化铵属于无机盐类,主要用于农业化肥、金属焊接、电镀、鞣革、干电池、食品、医药等部门。特别是农业用化肥的用量较大。据调查,氯化铵很畅销。农用氯化铵的价格在500多元/吨,而江南的价格在600多万元/吨;成本价格在380元/吨左右。若年产氯化铵10000吨的规模,则年经济效益在120万元。若精致成工业级,其价格在1500元/吨。吨成本价格在700元左右。若精制成食品级或医药级氯化铵,则销售价格会比工业级的价格高出更多,还可出口创汇。经济效益会更高。五、合作方式  面议。  
河北工业大学 2021-04-13
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