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生物质是一种重要的可再生能源,我国是农业大国,生物质资源储量巨大,油茶壳作为油料加工的主要副产品之一,全国现有油茶栽培面积400万hm2,每年有300多万t油茶果壳产生,寻求一条合理利用油茶壳的道路,对于提高广大农民的收入,减少环境污染等问题有着重大的意义。本文开展了油茶壳微波热解、微波水蒸气活化以及微波磷酸活化研究,主要研究工作如下:
本文以油茶壳为原料在微波频率2450MHz,功率在200-600W范围内连续可调的小型生物质微波热解装置上进行热解实验,考察了微波功率、加热时间、和粒径对油茶壳微波热解生成的气液固三态产物产率和组成的影响。油茶壳微波热解有三次升温过程,增加微波功率有利于油茶壳的热解,热解生成的气体产率总是高于液体产率,油茶壳热解的固体残余物随微波功率的增加而减小,油茶壳热解气中四种主要成分质量大小顺序是:CO>H2>C02>CH4,增加微波功率能提高气体的产量。块状油茶壳和0.08mm以下粒径的油茶壳热解生成气、液、固产率的大小顺序是:液体<气体<固体,0.08mm以下粒径的油茶壳热解生成气体和液体产率少,固体残余物多。400W的微波加热功率与常规热解600℃条件下的三态产率相似,微波热解得到的固体和液体产物相对较少,更有利于高热值可燃气的产生,其中H2产率较高,C02产率较低。热解所得到的生物油成分复杂,主要是由脂肪族含氧化合物和芳香烃类物质的复杂混合物,沸点在100-300℃,多数含有六元环结构,部分组分有含氧环结构,大部分带有羟基或者醛基、羧基等含氧基团,含氧量较高。热解炭主要为无定性炭和少量的二氧化硅,比表面积(BET方法)为111.43m2/g,其表面呈现片层状,孔隙结构不明显。
本文在微波热解的基础上开展了热解炭的微波水蒸气活化和微波磷酸活化试验研究,对活性炭进行了碘吸附值和亚甲基蓝吸附值测定,以及扫描电镜和比表面积的表征,分析影响油茶壳热解炭活化效果的因素,得到的水蒸气活化法最佳条件为微波功率400W,活化时间7min,通水量1mL/min,其碘值为607.89mg/g,亚甲基蓝吸附值为152.4mg/g;磷酸活化法的最佳条件为磷酸浓度45%,浸渍固液比为1:3,浸渍时间12h,微波辐照功率600W,活化时间9min,所得的活性炭碘吸附值为697.54mg/g,亚甲基蓝吸附值为153.1mg/g,采用BET方法计算比表面积为353.45m2/g,显示出明显的活化效果。