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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
固体催化剂制备碳酸丙烯酯工艺
项目简介: 碳酸丙烯酯高能电池电解液.高效溶剂仅用作高能电池及电容器 的优良介质,世界市场所需碳酸丙烯酯 200-300 万吨。酯交换法生产 碳酸二甲酯的所需配套原料碳酸丙烯酯达数十万吨。而目前国内生产 量在 1000-2000 吨,供不应求,市场前景十分广阔。随着社会对绿色 环保的重视,许多工艺会被清洁、环境友好工艺所代替,必然进一步 加大碳酸丙烯酯的市场需求。因其下游产品如碳酸二甲酯、聚碳酸酯、 聚氨酯的不断推广应用,其市场需求量还要不断增加。本产品碳酸丙 烯酯是一种高效溶剂和优良抽提剂,性质稳定、无毒、纯的溶剂对碳 钢设备没有腐蚀,它对高分子化合物具有良好的溶解能力。目前最受 人重视的是用来脱除天然气、石油裂解气、油田气、合成氨变换气中 的二氧化碳和硫化氢,效果显著。在电子工业上可作高能电池及电容器的优良介质,在高分子工业上可作聚合物的溶剂和增塑剂等。也可 以作油性溶剂以及烯烃和芳烃的萃取剂。在纺织工业上可用作合成纤 维的助剂和固定剂、纺丝溶剂或水溶剂染料颜料分散剂;此外,它还 是一种用途极其广泛的有机合成原料和中间体,如酯交换法生产碳酸 二甲酯的原料。 产品市场分析 仅用作高能电池及电容器的优良介质,世界市场所需碳酸丙烯酯 200-300 万吨。酯交换法生产碳酸二甲酯的所需配套原料:碳酸丙烯 酯达数十万吨。而目前国内生产量在 1000-2000 吨,供不应求,市场 前景十分广阔。随着社会对绿色环保的重视,许多工艺会被清洁、环 境友好工艺所代替,必然进一步加大碳酸丙烯酯的市场需求。因其下 游产品如碳酸二甲酯、聚碳酸酯、聚氨酯的不断推广应用,其市场需 求量还要不断增加。现国内市场价格为 7000-8000 元/吨。相关原料价 格:环氧丙烷 7500 元/吨和二氧化碳 300--700 元/吨。 现有技术情况 利用二氧化碳与环氧化物加成反应合成环状碳酸酯早已实现了 工业化,目前的研究主要集中在寻找高效均相催化剂以及非均相催化 剂。现行工艺大多采用均相催化过程,存在着催化剂的回收、循环使 用上的困难;且产物必需经过多步蒸馏等过程分离提纯,既耗时、耗 能,又增加设备的投资。此外,为制得高质量的产品和提高环氧化物 的转化率,许多工艺还得使用挥发性的有机溶剂。这一反应的非均相 催化过程尚未实现产业化,主要受非均相催化剂的活性和稳定性(即 催化剂的使用寿命)所限。 所属技术领域:一碳化学与化工及绿色催化技术,可再生资源的 化学转化利用。选题依据:基于人们对资源和环境问题的关注及实现可持续发展 的社会需求,以消除污染、合理利用资源、实现可持续发展为目标的 绿色化学已成为当前化学研究的热点和前沿。二氧化碳作为一种典型 的可再生资源,具有无毒、无腐蚀性、阻燃、化学惰性,大量存在于 自然界中等特点,无溶剂残留而且对环境友好等优点;同时它也是一 种温室气体,对它的资源化利用,还可以减轻环境负荷。回收再利用 的二氧化碳主要用于生产基本化工原料及具有应用价值的绿色化工 产品。目前,每年大约有 110 MT(百万吨) 的二氧化碳用于化工产品 的合成,如碳酸酯、酰胺、氨基甲酸酯等,具有很高的应用价值和广阔 的市场前景。基于资源和环境因素考虑,二氧化碳的化学转化与利用 吸引着越来越多研究者的兴趣,具有很高的应用价值和理论研究意义。 本工艺的目的 针对固体催化剂活性不高、稳定性不好的问题,设计与筛选高活 性、高稳定性固体催化剂,解决催化剂的回收使用问题和简化产品的 分离、纯化过程,以降低生产成本;用超临界二氧化碳替代有机溶剂, 实现无有机溶剂、对环境友好的清洁工艺过程,即工艺过程的绿色化。 技术内容 高活性、高稳定性固体催化剂的筛选:侧链带有铵盐、胺基等功 能基团的聚苯乙烯树脂能高效、高选择性地催化环氧化物与二氧化碳 反应制备环状碳酸酯。 催化剂的种类:苯乙烯系极性大孔吸附树脂、强碱性苯乙烯系阴 离子交换树脂、大孔弱碱性苯乙烯系阴离子交换树脂、大孔苯乙烯系 螯合性树脂、大孔弱酸丙烯酸系阳离子交换树脂、大孔强酸丙烯酸系 阳离子交换树脂。 上述高活性固体催化剂的回收、再利用。
南开大学 2021-04-11
甲基丙烯酸缩水甘油酯
甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA) 又称甲基丙烯酸环氧丙酯,是无色透明的液体,密度11074 ,折光率 114480 ,沸点189 ℃, 熔点- 50 ℃, 闪点84 ℃, 色相 (APHA) < 75 ,不溶于水,易溶于有机溶剂,对皮肤和粘膜有刺激性,几乎无毒。由于GMA 分子内既含有碳碳双键,又含有环氧基,具有很高的反应活性,可广泛应用于医药、感光材料,有机合成及聚合物改性等众多领域,所得的产品有优良的防紫外、耐水和耐热等特点,是一种重要的精细化工原料。本项目采取环氧氯丙烷与甲基丙烯酸钠在特定催化剂作用下反应,高收率制备甲基丙烯酸缩水甘油酯。主要原料: 甲基丙烯酸、环氧氯丙烷、碱、催化剂主要设备:普通反应釜及相关的减压蒸馏配套设备小试技术,可技术转移及合作中试开发联系人: 河北工业大学化工学院 王家喜 13389075337
河北工业大学 2021-04-13
丙烯酸系高吸水性树脂
高吸水性树脂是一类具有高吸水保水性能的高分子材料,已在医用卫生、农林园艺等众多领域扮演重要角色。理想的高吸水性树脂应具备高吸水能力、高吸水速率、良好的机械强度;本项目开发的多孔性高吸水性树脂在吸水能力和吸水速率上具有很大优势。项目内容主要包括基于聚丙烯酸(钠)-丙烯酰胺高吸水性树脂的生产技术,可获得同时具有高吸水/盐水倍率和速率的簇状多孔高吸水性微球树脂。
厦门大学 2021-01-12
固体催化剂制备碳酸丙烯酯工艺
产品环状碳酸酯的应用 碳酸丙烯酯高能电池电解液.高效溶剂仅用作高能电池及电容器的优良介质,世界市场所需碳酸丙烯酯200-300万吨。酯交换法生产碳酸二甲酯的所需配套原料碳酸丙烯酯达数十万吨。而目前国内生产量在1000-2000吨,供不应求,市场前景十分广阔。随着社会对绿色环保的重视,许多工艺会被清洁、环境友好工艺所代替,必然进一步加大碳酸丙烯酯的市场需求。因其下游产品如碳酸二甲酯、聚碳酸酯、聚氨酯的不断推广应用,其市场需求量还要不断增加。本产品碳酸丙
南开大学 2021-04-14
塑胶跑道丙烯酸硅PU工程
产品详细介绍   广州市奥力生体育设施有限公司是集设计、开发、生产、销售、铺装及售后服务于一体的专业运动场设施营造公司,主要从事项目有塑胶跑道、篮球场、网球场、排球场、羽毛球场,人造草坪,室内运动木地板等。公司积极推行“广纳良才”的企业策略,现拥有多名长期从事康体设施研究、创新、开发的专家、学者及工程师等专业人才,技术力量雄厚,通过引进和吸收国外先进的生产技术,并在此基础上进行改造和创新,不断扩大规模,以新型环保产品赢得市场,回报社会。   “奥力生牌”塑胶球场按中国国家标准GB/T14833-93组织生产、铺装,并制定了适应不同环境的内控指标,产品完全符合国际田联、国家体委对运动球场珠严格要求。塑胶球场铺面现主要有红、绿、蓝、黄等多种颜色,并可按用户要求和使用环境制成其他各种不同颜色。    现生产基地占地12000平方米,具有年产5000吨聚氨酯材料的生产能力和年铺装40万平方米塑胶跑道及塑胶球场面层的施工能力,所生产的高品质塑胶地面铺装材料以流平性好、物理性能指标高、环保性好深受广大 用户和合作单位的称赞。运动球场地面系列产品:1)PU全塑型球场面层超强耐磨防滑,高弹性,一体成型面层,厚度均匀,不鼓泡,耐老化,色彩鲜艳,适用于各种比赛场地,维护方便。2)PU复合型球场面层抗紫外线,有效避免运动伤害,强韧的弹性层及缓冲层,抗钉鞋磨损,软硬适中,耐磨性佳。3)EPDM透气型球场面层美观耐用,全天候使用环保无公害,不褪色,不掉颗粒、不积水、采用进口先进机械施工,平整度极佳
广州市奥力生体育设施有限公司 2021-08-23
一种聚 3-己基噻吩/碳纳米管复合材料及制备方法
本发明公开了一种聚3-己基噻吩/碳纳米管复合材料及制备方法。 所述复合材料中含有聚3-己基噻吩30wt%至80wt%以及均匀分散的碳 纳米管 1wt%至 15wt%,所述碳纳米管形貌完整,其直径在 40nm 至 60nm 之间,其长度在 5μm 至 15μm 之间,所述碳纳米管表面包覆有 厚度在 3nm 至 10nm 之间的聚 3-己基噻吩。其制备方法包括以下步骤: (1)将聚 3-己基噻吩和高分子量聚合物均匀分散于有机溶剂中;(
华中科技大学 2021-01-12
碳纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料
碳纤维增强碳化硅陶瓷基复合材料耐腐蚀、耐高温、耐磨损、韧性高,能够广泛用于能源、交通、化工等领域的关键部件,比如摩擦制动材料、耐化学腐蚀叶片等。
东南大学 2025-02-08
高性能低膨胀铝基复合材料及构件
卫星在轨运行和返回过程中需经历极端高低温环境,构件尺寸的稳定是保证卫星在轨高精度、返回高安全、任务高可靠的关键。针对卫星搭载的某宽带微波载荷与卫星本体材料之间热膨胀系数不匹配极易导致的载荷在轨及返回过程中载荷接收精度不稳定、信息传输不连续等问题。我校陈骏教授团队以原创的负热膨胀技术研发了具有轻质、热膨胀系数低、力学性能优异、尺寸稳定性好的高性能低膨胀铝基复合材料,并研制了系列关键连接内置件、环件等高性能低膨胀构件,首次将负热膨胀技术应用到我国的卫星上,填补了高性能低膨胀金属构件在工程应用领域的空白。该技术使得某宽带微波载荷与卫星本体之间热膨胀匹配性增强、界面应力大幅度减小,保证了卫星在轨与返回过程中信号高精度传输与接收,助力卫星成功返回。 图1 实践十九号卫星成功返回(图片来源国家航天局) 图2 高性能低膨胀铝基复合材料及构件应用于全球首颗可重复使用返回式技术试验卫星(图片来源央视新闻频道)
北京科技大学 2025-05-21
一种磁纺制备石墨烯/聚合物有序微纳米复合纤维的方法
本发明的目的在于克服现有技术的不足,提供一种磁纺制备有序石墨烯/聚合物微纳米复合纤维的方法,该方法利用磁体旋转产生的交变磁场力作用,拉伸含石墨烯、聚合物混合液的磁流体射流进行纺丝,整个过程无需高压电作用,有效降低生产成本和安全隐患,且制得的纤维有序排列,所得有序石墨烯/聚合物微纳米复合纤维具有很好的应用前景。利用高分子聚合物如聚氧化乙烯、聚偏氟乙烯、聚己内酯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯等制备而成的微纳米纤维具备高比表面积、高长径比以及多孔性等特点,与块体材料的光、热、力、电、磁等性质有明显的区别,因此在微纳光电子器件、过滤分离、生物传感以及组织工程等诸多领域有广泛的应用。
青岛大学 2021-04-13
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