用于吸除油污的秸秆炭化材料研究

论文摘要

目前水体油污染问题日趋严重,对人类以及生态环境造成严重危害。而膨胀石墨和高吸油树脂等具有代表性的吸油材料,存在生产污染、成本高等问题。部分农作物秸秆如玉米秸秆等具有天然的吸油能力,炭化处理后可作为新型吸油材料。本课题根据研究需要自行设计了固定床式生物质热解炭化试验装置,以花生壳、油菜秸秆、玉米秸秆三种农业剩余物为试验原料,对在350℃～550℃的热解炭化温度、5℃/min～15℃/min的升温速率、30min-90min的保温时间下制备的秸秆炭化材料的吸油性能与基本物理特性进行研究,分析各炭化工艺参数对炭化材料吸油性能与基本物理特性的影响,探索最佳炭化工艺参数,分析秸秆炭化材料的吸油机理,研究炭化材料吸油后燃烧利用的可行性。为吸油用秸秆炭化材料的生产应用提供有价值的基础数据。研究结果表明：花生壳、油菜秸秆和玉米秸秆三种原料随炭化温度的上升固体炭化物得率均有所下降,当炭化温度从350℃上升为450℃时,固体炭化物得率下降幅度较大。在相同炭化工艺条件下花生壳的固体炭化物产率最高,而其生物油产率最低。炭化温度对3种原料的炭化产物得率的影响最显著。采用炭化温度为550℃、升温速率为5℃/min、保温时间为90min制备的花生壳、油菜秸秆、玉米秸秆炭化材料的吸油倍率指标最佳,其中炭化温度对炭化材料的吸油倍率影响最显著。玉米秸秆炭化材料的最大吸油倍率高于其他两种炭化材料,接近10g/g；花生壳炭化材料的吸油倍率最小,仅为1g/g左右。三种炭化材料在30min的吸附时间内均达到饱和状态。三种样品中花生壳炭化材料的比表面积最大,玉米秸秆炭化材料的比表面积最小。比表面积对于吸附性能的判断没有实际意义。三种炭化材料以中孔（2-50nm）和大孔（50nm以上）为主。范围在1000～7300nm的孔对0#柴油的吸附作用贡献最大。三种炭化材料吸油后的挥发分含量均在50%以上。吸油后三种秸秆炭化材料的发热量都达到或者超过无烟煤的发热量,容易着火与燃尽,整个燃烧过程都具有良好的燃烧性能,是优质的锅炉燃料,作为锅炉点火材料使用也具有一定的可行性。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.1.1 当前国内外油污染现状
• 1.1.2 农作物秸秆研究与利用现状
• 1.2 油吸附技术与吸油材料的研究与利用现状
• 1.3 本课题研究的主要内容
• 1.4 本课题研究的技术路线
• 1.5 意义及创新点
• 第二章 生物质热解试验装置的设计与研制
• 2.1 研制思路
• 2.2 反应器结构设计
• 2.2.1 反应器的设计思路
• 2.2.2 炉体结构设计
• 2.2.3 反应釜结构设计
• 2.2.4 炉盖结构设计
• 2.2.5 反应器整体结构
• 2.3 加热系统
• 2.3.1 加热方式及材料的确定
• 2.3.2 加热系统负荷计算
• 2.3.3 加热系统控制设计与布置
• 2.4 冷凝系统设计
• 2.4.1 冷凝方式的确定以及设计思路
• 2.4.2 冷凝系统构成及特性
• 2.5 生物质热解试验装置的性能研究
• 2.5.1 实验方法与数据
• 2.5.2 性能测试结果分析
• 2.6 本章小结
• 第三章 秸秆炭化材料制备
• 3.1 秸秆炭化原理
• 3.2 试验原料与设备
• 3.2.1 原料准备
• 3.2.2 试验设备
• 3.3 试验参数选取
• 3.3.1 影响热解炭化的因素
• 3.3.2 热解炭化温度
• 3.3.3 升温速率
• 3.3.4 滞留时间
• 3.3.5 气氛气体
• 3.4 试验方法
• 3.5 试验数据与试验结果分析
• 3.7 本章小结
• 第四章 秸秆炭化材料吸油性能研究
• 4.1 秸秆炭化材料吸油性能影响因素
• 4.2 试验优化设计与分析方法
• 4.2.1 直观分析法
• 4.2.2 方差分析
• 4.3 秸秆炭化材料吸油倍率与吸水量试验研究
• 4.3.1 吸油倍率与吸水量试验方法
• 4.3.2 试验数据
• 4.3.3 吸油倍率试验直观分析
• 4.3.4 吸油倍率试验方差分析
• 4.4 秸秆炭化材料吸油速率研究
• 4.4.1 吸油速率试验方法
• 4.4.2 试验结果与数据分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 秸秆炭化材料基本特性与吸油机理研究
• 5.1 秸秆炭化材料基本特性研究
• 5.1.1 比表面积的测定方法
• 5.1.2 孔径分布的测定方法
• 5.1.3 试验仪器
• 5.1.4 试验结果与分析
• 5.2 秸秆炭化材料吸油机理研究
• 5.3 本章小结
• 第六章 秸秆炭化吸油材料燃烧处理研究
• 6.1 吸油后秸秆炭化材料的基本特性研究
• 6.1.1 基本特性研究内容
• 6.1.2 实验仪器与设备
• 6.1.3 实验原理与方法
• 6.1.4 实验结果
• 6.1.5 实验结果分析与讨论
• 6.2 吸油后秸秆炭化材料的燃烧过程分析
• 6.3 吸油后秸秆炭化材料着火、燃烧特性分析
• 6.3.1 着火温度
• 6.4 本章小结
• 第七章 结论与展望
• 7.1 全文总结
• 7.2 进一步工作展望
• 参考文献
• 详细摘要
• Abstract