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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
具有多级结构的超疏水表面及其制备方法
超疏水性是一种特殊的界面润湿现象,在自然界的几百种动植物体表面存在,如水黾腿、蝴蝶翅膀、荷叶、水稻叶等。水滴在超疏水表面呈球状,极易滚落,同时带走表面的灰尘,具有自清洁效应。由于水滴不易吸附,所以超疏水表面还具有防雾、耐腐蚀功能。在低温条件下,这种表面可有效减缓热传递,所以不易形成霜晶,不易结冰。因此,超疏水表面可有效提高材料表面抗污染、耐腐蚀、防雾、结冰等性能。因此,超疏水表面制备技术用于汽车窗玻璃和后视镜等部件,实现自清洁、不沾水、不起雾、不结冰等功能;用于汽车太阳能电池表面,可减反射、提高吸收率;用于金属部件,可有效提高金属的耐蚀性能。
东南大学 2021-04-10
关于超精细颗粒物检测的应用研究
当颗粒物尺寸进入纳米尺度量级时,其极低的极化率使得实现高灵敏度的快速便捷检测变得困难重重。基于光学方法的传感技术具有非物理接触、非破坏、抗电磁干扰、易于操作且灵敏度高等特点,成为高灵敏传感研究的热门方向之一。传统光纤传感器已经在高灵敏检测领域得到了广泛应用。近年来的研究表明:当光纤直径减小至光波长量级时,光纤外部存在显著的倏逝场,其尺度大约在百纳米量级,对周围环境的微弱变化极为敏感。研究团队利用颗粒物在纳米光纤倏逝场中的散射效应,实现了超细颗粒物的传感与尺寸分布测量。 该项工作中,课题组首先计算了散射效率与散射体尺寸和光纤直径的关系,预测了纳米光纤传感器的最优尺寸和探测极限;随后根据理论预测,进行了高灵敏度的纳米光纤阵列的设计和制备,利用串联的纳米光纤大大提高了传感器的传感面积和检测效率;通过优化光纤模式,研究人员实现了单个标准聚苯乙烯纳米颗粒的传感和测量,粒径分辨率达10纳米。 进一步,考虑到空气中百纳米尺寸级别的细颗粒物的穿透性更强,对于人体具有更大的危害(如图1),而公开的细颗粒物质量浓度数据(PM2.5)无法对此进行有效评价,实时快速测量细颗粒物的粒径分布信息对于空气质量的评价更具有指导作用。课题组利用光纤传感器对2015年和2016年北京冬季大气细颗粒物进行了持续监测,直接获得了百纳米尺度细颗粒物的粒径分布信息,计算得到的细颗粒物浓度数据与官方公布数据趋势符合良好(如图2),充分展示了此成果的应用价值。图2. 基于纳米光纤的大气质量监测。a,空气颗粒物粒径分布及其实时演化;b,空气颗粒物质量浓度(PM1.0)及官方数据(PM2.5)。空气样品实时采集于北京大学物理学院院内。
北京大学 2021-04-11
超交联有机多孔聚合物储氢材料
中试阶段/n利用多孔聚合物易于合成、密度低、比表面积高等特点,通过引入 吸附氢活性点,大幅度提高目前聚合物的储氢能力,从而满足氢能源动 力汽车的使用要求。获得高表面积(≥3000 m2/g)超交联多孔聚合物的 制备工艺,储氢性能达到 5.0 wt%,77 K@15 bar; 3.0 wt%, 77 K@ 1bar, 并实现在 20 MPa 下高效储氢,该储氢材料在同等条件下相比目前已实际 应用的储氢材料更安全;得到更低成本的储氢材料,实现成本控制在已 经实际应用的碳纤维材料 70%的水平;首次实现超
华中科技大学 2021-01-12
面向电子和激光制造的超精密高速运动平台
1.刚柔耦合运动平台:将平台设计成刚性框架和工作平台两部分,两者之间由柔性铰链连接,巧妙地结合了机械导轨直驱平台的大行程、高速度和柔性铰链无摩擦的特点,实现低成本,更高速,高精度的运动。 2.自抗扰控制算法:目前,大部分工业产品依旧使用传统的PID控制,由于刚柔耦合平台引入了柔性铰链,降低了系统的固有频率,这就限制了PID的控制带宽。因此,采用
广东工业大学 2021-01-12
超细耐磨钛酸盐纤维制备新技术及其应用
南京钛威科技有限公司是由南京工业大学注资成立。公司可以大规划生产大比表面介孔氧化钛,氧化钛催化剂成型载体,适合摩擦材料陶瓷型刹车片使用的钛基晶须,具有离子交换能力的适合污水处理的四钛酸钾晶须,高档塑料增强、摩擦、隔热材料六钛酸钾晶须。
南京工业大学 2021-01-12
精密内孔加工的新型超硬砂轮磨削技术
Ø  成果简介:精密内孔加工特别是硬淬材料和高粘性材料的内孔加工,砂轮的损耗十分严重,而内孔加工精度和表面质量对砂轮几何形貌及磨削性能的变化十分敏感,因此,需要采用高耐磨的具有良好保持性的超硬砂轮及其磨削技术,本项目可针对不同材料的内孔磨削要求,提供高效的砂轮设计与制造及其应用技术。该技术主要应用于强化铸铁、轴承钢、不锈钢、陶瓷等材料的精密内孔加工。比普通砂轮提高耐用度10倍以上,磨削粗糙度Ra≤0.4。Ø  项目来源:自行开发Ø&
北京理工大学 2021-01-12
精密内孔加工的新型超硬砂轮磨削技术
精密内孔加工特别是硬淬材料和高粘性材料的内孔加工,砂轮的损耗十分严重,而内孔加工精度和表面质量对砂轮几何形貌及磨削性能的变化十分敏感,因此,需要采用高耐磨的具有良好保持性的超硬砂轮及其磨削技术,本项目可针对不同材料的内孔磨削要求,提供高效的砂轮设计与制造及其应用技术。该技术主要应用于强化铸铁、轴承钢、不锈钢、陶瓷等材料的精密内孔加工。比普通砂轮提高耐用度10倍以上,磨削粗糙度Ra≤0.4。
北京理工大学 2021-04-13
超亲水高阻燃高档涤纶而料改性技术
涤纶因其出色的性能,是应用最为广泛的纺织面料。在服装、汽车内饰面料和室内装饰面料上应用最 多。但涤纶不亲水,服用不舒适,有闷热感;同时,作为重要的室内装饰面料和汽车内饰面料,易染而产生 的火灾是造成财产、生命损失的重要因素。超亲水高阻燃涤纶改性技术,可以同时赋予涤纶织物超亲水性、阻燃性。经改性的涤纶织物是超亲水织 物,水滴接触角降为0:同时,涤纶织物具有良好的阻燃性,水平燃烧测试,基本不燃;垂直点燃,在火源 离开后,迅速熄灭;极限氧指数达到30 - 31% ,是难燃织物。该处理工艺流程短,投资低,成本合理。改性涤纶织物具有耐久性,不因存放和洗涤而丧失功能。
西南大学 2021-04-13
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