1. 研究目的与意义（文献综述）

1.1 本课题的目的

众所周知，由于全球能源耗用量的大幅度增加，全球co₂排放量逐年增加，全球变暖日趋严重，温室效应引发的环境问题也逐步增加。资料表明，21世纪末co₂排放量将有可能使温室气体浓度达到1000co₂当量，全球气温将会上升6℃，大大超过2℃的“安全线”，如果不采取措施必将带来灾难性的后果^[1]。发展以生物质能、太阳能、风能为代表的新能源产业，走低碳化经济发展道路，已经成为国际能源发展和经济转型的基本共识。我国拥有丰富的生物质能资源，目前可供利用开发的资源主要为生物质废弃物，包括农作物秸秆、禽畜粪便、工业有机废弃物和城市固体有机垃圾、林业生物质、能源作物等。据测算，我国理论生物质能资源50亿吨左右，是我国目前总能耗的4倍左右^[2]。可见，我国生物质能资源量巨大，具有广阔的发展空间。生物质在生长中需要的co₂量相当于作为燃料时排放的co₂量，co₂净排放量近似为0，是碳平衡燃料。因此，生物质发电具有碳中和效应。生物质对大气的不利影响较小，因为它含有较少的s和n，比化石燃料的sox和nox排放更低^[3]。

燃煤电厂是排放co₂大户，其每年排放的co₂占到全国总排放量的30%左右^[4]，如能减少co₂排放，则对温室效应的减轻有着重大意义。燃烧后co₂捕获技术是目前主流分离捕集烟气co₂的方法，该技术是将燃煤烟气中较低浓度的co₂采用化学或物理方法选择性富集。燃烧后co₂ 捕获技术的发展相对成熟^[5]，主要有吸附法、膜法、低温分离法、化学吸收法等。化学吸收法吸收量大、吸收效果好、吸收剂循环利用并能得到高纯co₂^[6]，故目前co₂化学吸收法最为广泛使用。有机胺吸收法是co₂化学吸收法中最常用的方法，胺类吸收剂一般都具有强碱性，对co₂气体吸收速度快，吸收能力强，利用胺类化合物作为溶液吸收燃后烟气中的co₂，之后再通过加热释放出来，但此技术非常耗能，大约要花掉发电厂25%的能量。吸附剂有潜力作为减少氨净化技术耗能的补充手段，co₂的吸附剂包括活性炭、碳分子筛、碳纳米管和沸石等昂贵材料，但是现有吸附剂吸附能力和对co₂选择性较差，从而导致能耗巨大、成本太高。近年来也有学者开展了利用便宜易得的生物质焦吸收燃后co₂的研究，即通过热处理工艺生产生物质焦，使其被活化以增加其比表面积和孔隙率或者形成官能团^[7]，生物质焦丰富的微孔结构有利于co₂的吸附，并能够有效分离典型烟气条件下的co₂。在工业条件下对足够的co₂吸附能力要求通常限制了微孔吸附剂的选择^[8]。据报道，较低的吸附温度和较高的co₂分压能够提高吸附剂co₂吸附能力，从而减小吸附装置的尺寸，但是在吸附装置必须消耗额外能量之前，要求烟气降低温度或增加压力。因此，应平衡工程参数，以优化燃烧后co₂捕获的成本^[9]。

2. 研究的基本内容与方案

生物质种类、粒径、水分含量等原料性质，及反应温度、加热速率、停留时间、压力等热处理条件都可能对生物质焦的物化特性及有毒成分和含量有影响。热处理温度是热处理条件中最重要的影响因素，加热速率、停留时间的增加对生物质焦性质的影响与温度的增加类似，温度升高通常会引起生物质性能的变化。要获得优秀的吸附性能，可能需要对生物质焦进行活化处理。

首先对锯末、竹子、稻壳等原材料在600℃的条件下热解，用相同的加热速率、停留时间、气体流量，获得三种不同理化特性和表面化学特性的生物质焦样品。用不同的改性方法，物理活化方法使用co₂气体在700-800℃的范围内使其活化，化学活化法用koh作为活化剂，进行单一或者组合活化方式，完成活化后每种样品制得焦样，进行如下测试：n₂吸附法测试bet，co₂吸附法测试1nm以内微孔比例，ftir或滴定法测试n官能团，sem，ph值等；对微孔比例高、n官能团多的样品进行纯co₂的热重吸附实验，探究在吸附温度25-100℃时生物质的吸附速率和最大吸附量。

之后取上述制得的几种生物质，综合微孔、官能团、纯co₂吸附性能等，选择2-3个组合作为深入评价的工况组合。接下来进行模拟烟气15kpa分压，吸附温度25-100℃时生物质的吸附速率和最大吸附量实验，使用tg测量co₂的吸附，并计算吸附等温线和吸附动力学，进行co₂/n₂选择性实验（及前90-95%吸附花费时间）和10次循环实验。最后对结果进行动力学分析、co₂/n₂选择性分析、循环性能分析。

3. 研究计划与安排

第01-02周，充分查阅国内外的相关文献资料，完成开题报告的撰写；

第03-04周，选择一篇具有一定参考价值的外文文献翻译（约5000字）；

第05-10周，逐步开展相关的实验，并同时进行样品的表征测试工作；

4. 参考文献（12篇以上）

[1] peters g p, andrew r m, boden t, et al. the challenge to keep global warming below 2℃[j]. nature climate change. 2013, 3(1): 4-6.

[2] 孔令刚，蒋晓岚.生物质及其开发利用的价值与意义[j].中国科技论坛，2007，9(9)：100-104.

[3] qi z, jie c, wang t, et al. review of biomass pyrolysis oil properties and upgrading research[j]. energy conversion amp; management, 2007, 48(1):87-92.