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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
基于高温水热强化的高含固污泥高级厌氧消化技术
针对我国污泥高含砂、高含固等特点,对我国低有机质污泥尤其是高含固(TS>10%)污泥高级厌氧消化技术路线领域开展研究,从厌氧消化的可行性、物质流特征、微生物种群及强化调控、热/碱强化水解预处理技术、污泥/餐厨协同消化技术等方面,特别是加强在污泥厌氧消化体系中物质流转化机制的研究工作,突破针对我国低有机质污泥提升厌氧降解率与产气率的关键技术研究与机理研究,为我国污泥高级厌氧消化研究提供支撑。 提出适用于我国低有机质污泥泥质特性的高温水热强化预处理技术,突破高温水热对污泥强化水解的作用机制与最佳反应条件,技术成果形成成套化装备,并在示范工程中得到应用转化与运行优化;突破高含固污泥高级厌氧消化的物质强化转化关键技术,对含固率、温控、搅拌等重要参数进行优化开发,技术成果在示范工程中得到应用转化与运行优化。1.目标及意义 1)提出适应于我国低有机质污泥泥质特征的污泥高温水热强化预处理技术,并与高含固污泥厌氧消化关键技术相耦合,形成基于高温水热强化的高含固污泥高级厌氧消化技术,开发具有完全自主知识产权的技术,并实现技术成果的在长沙污泥厌氧消化工程中的大规模产业化应用; 阐明在污泥厌氧消化新技术中有机质在固-液-气相变体系中的物质流特征,基于有机质的定向转化,进一步对污泥高级厌氧消化新技术进行优化开发,进一步提升甲烷产率和降解率,为污泥厌氧消化的效率提升提供技术支撑。基于对污泥厌氧消化过程的物质流和微生物特征的研究,在技术层面,从“易降解物质定向转化”、“难降解单元分质活化”和“微生物分相调控”三方面入手,开发强化物质转化的水热、生物酸化等预处理新技术,确定关键技术单元组成、关键技术参数和条件;在工艺层面,从强化固相溶解-液相高速甲烷化入手,开发高效厌氧消化工艺流程,开发适用于我国高含固污泥物料特点的厌氧消化技术与装备,提出可靠的搅拌和保温方案以及反应器构造等关键设计参数,在此基础上,形成高含固污泥热水解-厌氧消化集成技术,并进行工程示范;进一步提高污泥高含固厌氧消化工艺的物质转化效率与资源化利用水平。1)预期的经济效益  热水解预处理-高含固协同厌氧消化技术可有效提高污泥厌氧消化处理能力,增强污泥产期效率,降低污泥处理处置能耗。工程效益可望达到1亿元以上。2)预期的社会效益  热水解预处理-高含固协同厌氧消化技术可有效提高污泥厌氧消化处理能力,增强对污泥的处理处置能力,有效缓解污泥处理处置压力,进一步提高污泥高含固厌氧消化工艺的物质转化效率与资源化利用水平。
同济大学 2021-04-11
有机官能化系列笼型倍半硅氧烷纳米材料制备技术
该技术通过分子设计和环境友好的水解反应,利用顶角-戴帽法和官能团剪裁等手段制备带有多种可反应性基团的中空笼型纳米材料。材料具有质轻、透气、超低介电常数、耐热、易加工、可溶解性、生物相容性等特性,体现了不同于传统纳米材料的优点,与聚合物有非常好的相容性和分散性。这类有机-无机杂化材料实现了将有机材料的耐热性能和高强度与有机高分子材料的加工工艺简单完美结合的目的。 笼型倍半硅氧烷与高分子聚合物的相容性良好,基本可以达到分子级均匀分散,这是普通无机填料无法达到的,得益于笼型倍半硅氧烷分子具有有机部分,既使在惰性基团取代笼型倍半硅氧烷中也可以与有机基体实现良好的相容行为。同时,材料的耐热性能指标(如玻璃化转变温度,5%质量损失热降解温度)均有大幅度提高,这是因为笼型倍半硅氧烷的Si-O骨架部分提供了优异的抵抗热冲击性能,此外,还可以利用多官能化笼型倍半硅氧烷进行交联反应实现三维交联结构,以进一步提高耐温性能。另外,笼型倍半硅氧烷可以作为各种催化剂和其他功能性材料的载体,在拓宽这些功能材料使用温度的同时提高其某些性能,如提高电致发光材料的发光效率和发光纯度,提高催化剂的催化效率和选择性。 可以预见,随着各个交叉学科领域的不断扩展,笼型倍半硅氧烷作为典型的有机-无机杂化材料的优异性能将会引起人们越来越浓厚的研究兴趣。 粒子尺寸:1.5~3nm;溶解性:根据官能团不同,可溶解于有机溶剂或水;颜色:白色;耐热性:热分解温度在250℃以上。可用于耐高温材料、航空航天材料、复合材料、超低介电材料、塑料及纤维改性、功能高分子材料、特种涂料、生物材料等制备。在高附加值材料领域,应用前景广阔。项目投资300~400万。
北京化工大学 2021-02-01
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
芳氧羧酸及其衍生物在控制作物害虫中的应用
本发明公开了一种芳氧羧酸及其衍生物在控制作物害虫中的应用,从而保护植物免受害虫危害或使植物作为诱虫植物而控制害虫危害,本发明将芳氧羧酸及其衍生物应用于植物体,从而导致靶标植物对鳞翅目害虫产生系统性的直接抗性、对半翅目害虫产生系统性的敏感性,但同时又提高植物对两类害虫的间接抗性。
浙江大学 2021-04-11
富氧燃烧碳捕集基础理论、技术装备及工程示范
中试阶段/n该成果通过“产-学-研”协作,历经 20 年的研究与探索,掌握了富 氧燃烧碳捕集技术的基础理论、设计导则和计算方法,完成了富氧燃烧 相关的锅炉、燃烧器和氧注入器、烟气冷凝器、低能耗三塔空分系统和 压缩纯化系统等关键技术和装备的研发,先后建成了 0.3MW、3MW 和 35MW 等一系列高水平的小试、中试装置和工业示范装置,并完成了 200MWe 全 流程大型示范的预可行性研究和中国富氧燃烧实施路线图研究。 该成果为燃煤火电机组实现低碳排放提供了技术解决方案。国际能 源署研究认为,中国火电
华中科技大学 2021-01-12
苯乙烯空气氧化生产环氧苯乙烷和苯甲醛
环氧苯乙烷是一种重要的有机中间体,主要用于香料、制药工业、有机合成,可用作环氧树脂稀释剂、UV-吸收剂、增香剂。近年来,国内外对β-苯乙醇和医药左旋咪唑需求量急剧增长,市场上环氧苯乙烷出现供不应求的局面。
南京工业大学 2021-01-12
一种硫氧固体氧化物燃料电池阳极的制备
简介:本发明提供了一种硫氧固体氧化物燃料电池阳极的制备,属于新型燃料电池及化工生产节能技术领域。硫氧固体氧化物燃料电池固体电解质为Ce0.8Sm0.2O1.9,阴极为La0.5Sr0.5MnO3,阳极为La0.8Pr0.2CrO3。电池以硫蒸气为燃料的工作温度为700-800℃,以二氧化硫为燃料的工作温度为500-700℃,电池反应产物为三氧化硫。硫氧固体氧化物燃料电池可以作为工业化生产硫酸的合成器,实现硫酸生产、化学发电和环境保护三位一体的结合。
安徽工业大学 2021-04-14
一种高性能氯氧镁水泥材料及其使用方法
本发明公开了一种高性能氯氧镁水泥材料及其使用方法。该高性能氯氧镁水泥材料,由以下重量份 的组分组成:磷渣粉 110-215 份,微-纳米活性掺合料 20-90 份,轻烧氧化镁 900-1070 份,波美度为 27-29Bé 的 MgCl2 水溶液 590 份。本发明利用磷渣粉中 P2O5 与氧化镁-氯化镁-水体系反应及磷渣粉中玻璃体与 OH-发生火山灰
武汉大学 2021-04-14
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