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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
一种光电化学电池水解制氢的反应装置
本发明公开一种全绿色光电化学电池水解制氢的反应装置.该装置包括水轮发电机,光电化学水解装置,外电路,其中水轮发电机的正极连接工作电极,负极连接到对电极上;水轮发电机是将水流动能转换为电能,产生外加电场,主要由水轮机和螺旋桨组成;光电化学水解装置中工作电极是采用磁控溅射法制备的ZnO薄膜封装后构成,或者是采用原子层沉积制备的TiO2薄膜,厚度60nm,300℃下ALD生长的多晶.本发明成功实现了完全依靠绿色可再生的清洁能源进行能量转化的光电化学电池.本发明采用的水轮发电机通过将机械能转化为电能,再连接到光阳极材料上去,在无需外加偏压的情况下即可高效地分解水产生氢气,从而节约了能耗.
杭州电子科技大学 2021-05-06
发酵废液/废渣微生物电化学产氢的工艺与装备
2 015 年我国实施了史上最严的环境保护法,对企业污染排放做出严格规定, 对违法排污企业惩罚力度大大加强。食品和药品发酵企业的废水/废渣的资源化 利用是降低企业运行成本的有效途径。发酵废水/废渣由于其有机质含量高、可 生化处理性好和成分相对稳定的特点,非常适用于微生物电化学产氢气。 微生物电化学产氢所用到的装置称作微生物电解池。该装置被质子交换膜分 隔成一个阳极室和阴极室。在阳极室,生长在电极表面的微生物能够降解有机物 生成二氧化碳、质子和电子。质子和电子分别通过质子交换膜和外电路到达阴极, 两者在一定的外电压(>0.2 V)作用下在阴极生成氢气。整个装置可以实现污水 中有机物的去除,同时回收氢气。
西安交通大学 2021-04-10
一种液相还原与氢处理制备碲化镉粉末的方法
本发明公开了一种液相还原与氢处理制备碲化镉粉末的方法,其工艺步骤为:按照Cd2+与Te(Ⅳ)的摩尔比为0.9~1.1的配比在酸中溶解镉和碲的氧化物、氢氧化物或盐,配制成Cd2+、Te(Ⅳ)的浓度为0.2~1mol/L的溶液;然后将该溶液置于恒温水浴锅中,恒温温度为20~90℃;接着滴加入浓度为0.2~1mol/L的还原剂溶液,并不断搅拌,直至滴加入的还原剂的摩尔质量达到Cd2+和Te(Ⅳ)离子物质的量和的3~5倍为止;反应结束后,将溶液过滤,滤出物置于真空干燥箱烘干,再置于通有流动氢气气氛管式炉中或直接置于通有流动氢气的管式炉中,再在150℃~450℃下反应0.5~4h,冷却至室温即得碲化镉粉末。
四川大学 2021-04-11
利用溶剂促使配位铝氢化物和铵盐反应制氢的方法
利用溶剂促使配位铝氢化物和铵盐反应制氢的方法,配位铝氢化物的化学式为M(AlH4)m,其中M是能形成配位氢化物的碱金属或碱土金属,m是所述碱金属或碱土金属的化合价,铵盐的化学式为(NH4)nX,其中X是酸性基团,n是酸性基团的化合价,该方法是将配位铝氢化物、铵盐和溶剂加入反应器中相混合,通过溶剂加速配位铝氢化物与铵盐的反应,其中,配位铝氢化物和铵盐的摩尔比为(0.38~4.55) : 1,溶剂的用量为0.4L/mol~100L/mol配位铝氢化物。该方法不需加热,只要配位铝氢化物和铵盐接触,并有溶剂提供反应环境,即可发生反应产生氢气。这种方法能在不提供额外能源的条件下高效释放氢气。
四川大学 2021-04-11
一种Mg-In-Ag三元储氢材料及其制备方法
(专利号:ZL 201310592272.0) 简介:本发明公开了一种新型的Mg-In-Ag三元储氢合金体系及其制备方法,属于储氢材料技术领域。该储氢材料成分组成为:(Mg+In)的原子百分数为80~85%,其中In在(Mg+In)中的占比为3~6%,其余为Ag。按合金成分称取Mg块和Ag片,采用感应熔炼炉先熔炼Mg-Ag二元低熔点合金,再按配比称取In块与上述二元合金一起再次熔炼得到Mg-In-Ag三元合金;将该合金除去表面氧化皮后研磨
安徽工业大学 2021-01-12
用于二氢睾酮活性过高所致疾病的一类中药提取物
1)成果主要功能及用途:用于治疗二氢睾酮活性过高所致疾病,如前列腺肥大、男性脂溢性脱发、痤疮等。 2)主要技术性能指标:本药物是从一味中药中提取的一类化合物,能够有效抑制5α-还原酶和二氢睾酮受体,从而减少二氢睾酮的生成量以及二氢睾酮与受体的结合。体外实验结果显示:和从大鼠前列腺中提取的5α-还原酶及二氢睾酮受体一起孵育一段时间后,测定5α-还原酶和二氢睾酮受体的活性,结果对5α-还原酶的抑制率为80%以上,对二氢睾酮受体的抑制为60%-99.8%。 对大鼠前列腺肥大的治疗作用:取36只大鼠随机分为4组,每组9只,分别为模型组、治疗组、阴性对照组和正常组。将前3组27只动物全部去势,正常组不作处理。等伤口愈合后,模型组给予丙酸睾丸酮,肌肉注射;治疗组同时以同样的方法给予等剂量的丙酸睾丸酮,并给予该提取物口服治疗;阴性对照组和正常组不作处理。两周后将全部动物称取体重,处死后摘取前列腺称重。计算各组动物的前列腺重量与体重之比。 模型组        206.57±57.92(mg前列腺重/g体重); 治疗组        148.61±52.91(mg前列腺重/g体重); 阴性对照组    22.31±11.49(mg前列腺重/g体重); 正常组        199.64±22.24(mg前列腺重/g体重)。 以上结果表明,该提取物能有效抑制5α-还原酶和二氢睾酮受体的活性,并对大鼠的前列腺肥大有治疗作用。 3)经济效益及市场前景预测。目前国内还没有提取自单味中药的,明确抑制5α-还原酶和二氢睾酮受体的,化学性质清楚的,治疗前列腺肥大的药物。
西南交通大学 2021-04-13
新型稀土镍基储氢合金(AB5)电极材料及其制备方法
小型镍氢电池已产业化、商品化,大容量镍氢电池是当前电动车辆主选动力电池之一。目前国内外生产镍氢电池的负极材料,基本采用混合稀土镍基储氢合金(MmB5, Mm为混合稀土金属,B为Ni、Co、Mn、Al等金属)。 南开大学课题组首次制备了含碱金属锂(Li)新组分储氢合金[MmB5(Li)],提高了电池负极电催化活性和延长电池寿命,并获得中、美、欧发明专利(ZL 92100029.4; US 5,242,656; EP 0554617B1)。同时
南开大学 2021-04-14
一种测氢用固体电解质管的制备与成形方法
本发明公开了一种测氢用固体电解质管的制备与成形方法。该 方法采用 CaCO3、ZrO2、In2O3 原料,按照摩尔比:CaCO3:ZrO2: In2O3=1:0.8~0.95:0.025~0.1 称取出原材料,进行湿磨混料,混 合粉料压制成直径 20~30mm,厚度为2~5mm的圆片在1000~1400℃ 下煅烧得到 CaZr1-xInxO3-α(0.05≤x≤0.2,原子比),再将圆片压碎成 粉末,加入到熔融的石蜡、油酸和蜂蜡混合物中,用电磁搅拌器进行 搅拌,通过热压注方法成形为管状,再在高温下进行排蜡,之后在 1450~1550℃下进行最终的烧结,获得 CaZr1-xInxO3-α(0.05≤x≤0.2) 电解质管。本电解质管表面光滑、结构致密,具有较好的化学稳定性 和抗热冲击性能,能够应用于变温环境下的铝、镁合金熔体氢含量的 连续、准确测定。
华中科技大学 2021-04-13
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