木质素热解制备焦炭的试验研究

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1、第33卷第7期可再生能源Vol.33No.72015年7月RenewableEnergyResourcesJul.2015木质素热解制备焦炭的试验研究蒋恩臣，陈爱慧，秦丽元，赵晨希，罗立娜（东北农业大学工程学院，黑龙江哈尔滨150030）摘要：利用管式炉热解装置在不同温度下对工业废弃的木质素进行热解制备焦炭的试验研究，对热解焦炭的产率和各项指标进行了分析。结果表明：当热解温度从300℃升高至700℃时，焦炭产率从72.94%下降至39.79%；焦炭中固定碳含量不断升高，热值从29.19MJ/kg逐步升高至31.62MJ/kg；当

2、热解温度从300℃升高至600℃时，焦炭的比表面积从0.47m2/g迅速升至13.63m2/g，碘吸附值由185.51mg/g增大到320.64mg/g，而随着热解温度继续升至700℃时，焦炭的比表面积和碘吸附值迅速降低。因此，热解温度有利于焦炭品质和吸附性能的提高，但过高的热解温度会对焦炭的吸附性能起到一定的抑制作用。关键词：木质素；热解；焦炭；吸附特性中图分类号：TK6；TQ35文献标志码：A文章编号：1671-5292（2015）07-1066-06DOI:10.13941/j.cnki.21-1469/tk.2015.0

3、7.0170引言对木质素热解固态产物的研究工作开展得较少，[12]生物质能的利用方式主要有直接燃烧、热化又因木质素是生物质热解焦炭的主要来源，因学转换、生物化学和液化技术，而在热化学转换过此，深入研究木质素热解所得焦炭的性质，对于了程中，生物质热解技术一直备受国际上的广泛重解生物质热解焦炭的品质，制备高附加值的功能[1]视。焦炭是生物质热解的主要产物，是一类高度型焦炭和实现木质素剩余废弃物的利用都具有重芳香化且难熔的固态物质，热值高，可替代煤炭作要的意义。[2]为燃料；焦炭具有一定的孔隙结构且稳定性高，本文利用管式炉热解装置在不

4、同温度下对木与其他热解产物相比，焦炭的应用领域更为广泛，质素进行热解制备焦炭的试验研究，对热解焦炭可作为土壤的改良剂，增强土壤的持水性、减少土的产率和各项指标进行了分析，为焦炭的进一步[3]~[5]壤养分的流失及修复受损的土壤等；生物焦炭综合利用提供一定的理论基础。也可用于冶金和生产活性炭，制得的活性炭具有1试验材料与方法更强的吸附性能，可充分吸收空气及废水中的污1.1试验材料[6]染物。试验所用原料为纸浆废液经酸沉法提取的木木质素是生物质的主要成分之一，同时也是质素，由常州山峰化工有限公司提供，其木质素含纸浆生产过程中的主要剩

5、余物。据统计，全球每年量≥90%，显棕褐色，呈固体粉末状。试验前将木纸浆生产过程产生的木质素副产物大约有5000质素置于45℃烘箱中干燥至质量恒定，其成分分万t，大部分都没有经过处理就直接排放，这既是析和热值如表1所示，热分析曲线如图1所示。能源的巨大浪费，又是对环境的严重污染[7]。木质表1木质素的成分分析和热值Table1Compositionandheatingvalueanalysisoflignin素是一种具有三维网状结构的无定形的酚类高分ad元素分析ad/%低位热值工业分析/%[8]子聚合物，其热解特性有别于生物质其

6、他组分。水分灰分挥发分固定碳CHONSkJ/kg近年来，研究者在多种热解平台上研究了不同种3.423.8567.2325.5061.815.6323.571.72-25.51类木质素的热解规律，考察热解温度对木质素三注：ad表示空气干燥基；O元素含量通过差减法计算获得；-[9]~[11]代表未测出成分。态产物分布及挥发性产物形成的影响，但针收稿日期：2014-12-09。基金项目：国家科技支撑课题（2014BAD06B04）；中国博士后科学基金（2012M520698）；黑龙江省青年科学基金（QC2015049）；黑龙江省教育厅

7、科学技术研究项目（12531002）；黑龙江省博士后基金（LBH-Z12031）；东北农业大学博士启动基金（2012RCB97）；东北农业大学青年才俊项目（14QC35）。作者简介：蒋恩臣（1960-），男，黑龙江佳木斯人，教授，博士生导师，主要从事生物质能源转化和利用研究工作。通讯作者：秦丽元（1982-），女，副教授，博士，主要从事生物质能源转化和利用研究工作。E-mail：qinliyuan2006@163.com·1066·蒋恩臣，等木质素热解制备焦炭的试验研究1000.0行测定；采用元素分析仪（EA3000）对焦炭的4

8、90-0.51-种有机元素进行检测。in80m·③热值测定/%70-1.0/%率率采用YX-ZR9302型翻盖自动量热仪对焦炭失速60损质量损失率-1.5失的热值进行测定，该量热仪精密度≤0.1%，准确量50质量损失速率损质量-2.0质度优于国标GB/T213-