栗壳基生物质炭材料的制备及结构性能演变

【摘要】：板栗壳的大量废弃及直接燃烧,己造成了一定程度的环境污染和资源浪费。对板栗壳的资源化利用,具有一定的社会效益、经济效益和环境效益。 本论文针对板栗壳自身具有的碳含量及燃烧热值较高的特点,以及内部多孔分层结构,利用预氧化、炭化工艺在有无催化剂两种情况下制备出了具有较高燃烧热值的栗壳基生物质炭材料,并通过多种分析测试方法对板栗壳的热裂解情况及在制备过程中的结构性能演变做了研究。 本论文利用热重分析仪和气相色谱-质谱联用仪对板栗壳热裂解行为进行了研究,发现板栗壳热解过程存在三个失重区,随升温速率增加,热解滞后。加入催化剂后,相同升温速率下热解提前,热解区变宽；随裂解温度上升,裂解产物中CO2比重增大,乙酸和左旋葡聚糖的出峰时间提前,呋喃类化学物有较明显下降,催化剂的加入抑制了板栗壳裂解过程中左旋葡聚糖的产生,升高温度后呋喃类化合物增加。 本论文利用元素分析仪、红外光谱仪和X-ray衍射仪研究了有无催化剂两种情况下板栗壳在预氧化、炭化过程中各温度阶段的元素组成、基团和晶型演变。随着温度升高,C元素含量逐步增加,碳网结构逐渐增大,催化剂的加入,改变了各阶段的元素组成含量,H、O元素更多地以H20的形式脱除,产物提前形成碳网结构。 本论文利用扫描电子显微镜研究了板栗壳在有无催化剂两种情况下预氧化、炭化过程中各温度阶段微观结构的演变。随着温度升高,样品表面孔洞变得萎缩,断面孔隙率增大,网络结构逐渐规整,催化剂的加入,使断面网络结构规整化提前,并使表面出现龟壳现象。 本论文进一步研究了有无催化剂两种情况下预氧化、炭化过程中各温度阶段样品的得率及密度变化,并通过氧弹量热仪研究了燃烧热值的变化。样品得率随温度升高明显下降,密度随温度升高呈波浪形变化,预氧化阶段燃烧热值缓慢上升,进入炭化阶段之后,燃烧热值有了大幅增加。在750。C制备出得率为38.17%、燃烧热值为30.75MJ/Kg的生物质炭；催化剂的加入,提高了各阶段的样品得率,燃烧热值也有了进一步提升,在750℃制备出得率为44.31%、燃烧热值为35.48MJ/Kg的生物质炭。 【关键词】：板栗壳 生物质炭 热裂解 预氧化 炭化
【学位授予单位】：东华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：S664.2
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 绪论11-23
• 1.1 课题研究背景11-13
• 1.2 生物质炭化研究现状13-19
• 1.3 板栗壳资源及其利用现状19-22
• 1.4 本论文研究目的、意义及内容22-23
• 第二章 制备及表征手段23-31
• 2.1 实验药品仪器23-24
• 2.2 制备过程24-25
• 2.3 表征方法25-31
• 第三章 板栗壳的原料特征31-38
• 3.1 板栗壳的显微结构31-33
• 3.2 板栗壳的化学成分33
• 3.3 板栗壳的FT-IR研究33-35
• 3.4 板栗壳的XRD研究35-36
• 3.5 板栗壳的元素组成36
• 3.6 板栗壳的密度36
• 3.7 板栗壳的燃烧热值36-37
• 3.8 结论37-38
• 第四章 板栗壳的热裂解行为38-52
• 4.1 板栗壳的TG研究38-42
• 4.2 板栗壳的GC-MS研究42-51
• 4.3 结论51-52
• 第五章 不含催化剂的板栗壳预氧化、炭化过程研究52-67
• 5.1 元素组成的变化52-53
• 5.2 基团的变化53-56
• 5.3 XRD研究56-58
• 5.4 微观形貌变化58-62
• 5.5 各阶段得率62-63
• 5.6 各阶段密度63-64
• 5.7 各阶段燃烧热值64-66
• 5.8 结论66-67
• 第六章 含催化剂的板栗壳预氧化、炭化过程研究67-81
• 6.1 元素组成的变化67-68
• 6.2 基团的变化68-70
• 6.3 XRD研究70-72
• 6.4 微观形貌变化72-77
• 6.5 各阶段得率77-78
• 6.6 各阶段密度78-79
• 6.7 各阶段燃烧热值79-80
• 6.8 结论80-81
• 第七章 结论81-82
• 参考文献82-88
• 攻读硕士期间的研究成果88-89
• 致谢89

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