水葫芦微波热解特性的实验研究

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水葫芦是一种环境适应能力极强的水生生物质,生长速度极快,水葫芦的高效利用现已成为我国淡水体系保护面临的重要课题之一。水葫芦具有较高的氢碳比,微波热解有可能成为将水葫芦转换为高效清洁能源和高附加值精细化学品的有效途径之一。本论文利用自制微波热解实验装置对水葫芦微波热解的特性及其影响因素进行了较为系统的研究,利用气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)、气相色谱仪(GC)、傅里叶红外光谱仪(FT-IR)、元素分析仪(EA)、扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)等检测分析手段对水葫芦微波热解产物进行了详细的表征和分析。实验结果表明:热解温度对水葫芦微波热解过程中产生的生物油和热解气的总产率有明显影响,生物油和热解气的产率随着热解温度的增加而提高,在热解温度为600℃时生物油总产率达到最大值,半焦产率则随热解温度的升高而降低,半焦化学结构的红外特征峰如含-C=C-、-OH和-CH等官能团的吸收峰强度随热解温度的上升显著降低。产生的生物油中含有较多的单环芳香族化合物和醇类化合物,其中单环芳香族化合物含量最高。轻气体的主要组分为H2和CO。升温速率的快慢对水葫芦微波热解产物产率和组分分布有一定程度的影响。随着升温速率的加快半焦产率明显增大,生物油产率则有明显降低的趋势,气体产率有轻微变化。升温速率的加快,有助于苯酚及其衍生物含量大量分解生成直链烃,利于气体产物中的CO生成。四氧化三铁(Fe3O4)和活性炭(AC)作为吸波剂对水葫芦的微波热解反应产生显著的促进作用。以Fe3O4为吸波剂时半焦产率明显低于以AC为吸波剂时半焦的产率,使用Fe3O4时生物油产率随着热解温度的升高而升高,而使用AC时生物油的产率呈现先升高后降低的趋势,Fe3O4和AC作为吸波剂时均能使气体的产率尤其气体产物H2的产率显著提高。Fe3O4和AC作为吸波剂时分别能够提高生物油中醇类和直链烃含量的增加有明显的促进作用。在水葫芦微波热解过程中,热解半焦产率随着Fe3O4的含量的增加而下降,而轻气体的产率则明显提高,生物油产率几乎无影响。同时随着Fe3O4含量的增大更有利于生物油中酚类的生成。
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