摘 要

随着时代的发展，资源与能源慢慢地减少，环境污染也日益严重，因此生物质能引起了广泛的关注。将生物质作为原料，与去离子水混合均匀后，在一定的条件下，发生水热碳化等一系列反应后，生成了水热碳。水热碳的应用范围广泛，比如作为燃料燃烧，提高土壤的肥沃度，减少污染等。本文研究了不同的生物质(棉杆、花生杆、花生壳、麦秆和松木屑)在240℃下，反应4h生成的水热碳的特性；以棉杆为原料在不同的反应温度(180℃、200℃、220℃、240℃、260℃、280℃和300℃)下，反应4h生成的水热碳的特性；棉杆作为原料在不同的反应时间(1h、2h、4h、6h、8h)下，在240℃的温度下生成的水热碳的特性。将得到的水热碳利用扫描电子显微镜(SEM)、红外光谱(FT-IR)、和元素分析进行分析。在分析过后发现，在240℃的温度下加热棉杆4h后得到的水热碳是最佳的反应条件。

关键词：生物质 水热碳化 反应温度 加热时间

Study on characteristics of biomass Hydrothermal Decomposition

Abstract

With the lack of resources and energy and the increasingly serious environmental pollution, biomass energy has attracted a lot of attention. Biomass as a raw material and mixed well with deionized water, after a series of reactions, such as hydrothermal carbonation, made hydrothermal carbon. The application of hydrothermal carbon is extensive, for example, as a fuel burn , increase the fertility of the soil,reduce pollution, etc. This paper studies the different biomass (cotton stalk, peanut bar, peanut shell, straw and pine sawdust) under 240℃ and heating for 4h, the reaction characteristics of hydrothermal carbon generated; with cotton stalk as raw materials in different reaction temperature (180℃, 200℃, 220℃, 240℃, 260℃, 280℃ and 300℃), heating for 4h, the reaction characteristics of hydrothermal carbon generated; cotton stalk as raw materials in different heating time (1h, 2h, 4h, 6h, 8h), at 240℃ temperature, the reaction characteristics of hydrothermal carbon generated. The hydrothermal carbon was analyzed by scanning electron microscope (SEM), ft-ir and elemental analysis. After analysis found that, under the temperature of 240℃ heating cotton stalk 4h after hydrothermal carbon is the best reaction conditions.

Key Words: biomass; hydrothermal decomposition; reaction temperature; heating time

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1生物质能概况 1

1.1.1生物质能的定义 1

1.1.2生物质能的特点 1

1.1.3生物质能资源化利用现状 2

1.2生物质水热技术 2

1.2.1水热气化 3

1.2.2水热液化 3

1.2.3水热碳化 4

1.3生物质水热碳化技术 4

1.3.1水热碳化技术的特点 4

1.3.2水热碳化产物的应用 4

1.3.3水热碳化国内外研究现状 5

1.4本文的研究目的和内容 5

第二章 实验部分 7

2.1实验原料 7

2.2棉杆水热碳化 7

2.2.1实验装置 7

2.2.2实验步骤 8

2.2.3实验内容 9

2.3分析方法 9

2.3.1元素分析 9

2.3.2傅里叶红外光谱分析仪 9

2.3.3扫描电子显微镜分析 9

第三章 结果与讨论 10

3.1水热焦碳产率和能量产率 10

3.1.1不同生物质的水热碳产率和能量产率 10

3.1.2不同温度下的水热碳产率和能量产率 10

3.1.3不同停留时间下的水热碳产率和能量产率 11

3.2水热焦碳元素分析及热值 12

3.2.1不同生物质的水热焦碳元素分析及热值 12

3.2.2不同温度的水热焦碳元素分析及热值 13

3.2.3不同停留时间的水热焦碳元素分析及热值 14

3.3水热焦碳红外光谱分析 16

3.3.1不同生物质的水热碳的红外光谱分析 16

3.3.2不同温度下的水热碳红外光谱分析 17

3.3.3不同停留时间下的水热碳红外光谱分析 18

3.4棉杆不同条件下的水热焦碳的表面形貌 19

第四章 结论与展望 21

参考文献 23

致 谢 26

第一章 绪论

1.1生物质能概况

随着社会进步和经济发展，能源供应问题上升至国家战略高度，人们对空气质量控制问题越来越关注，绿色能源的开发和使用已经成为解决能源和环境问题的重要工作之一^[1]。生物质能作为一种可再生能源，具有丰富的产量，氮、硫和灰分含量低，挥发分含量高和碳活性高，并且在使用的过程中基本可以实现二氧化碳零排放的特点，开发和利用生物质能已成为国内外学者争相研究的热点命题。目前许多国家特别是发达国家都已经把开发利用生物质能列为国家发展战略的首要目标。所以开发生物质能是解决能源供求问题，实现可持续发展的根本途径^[2]。

1.1.1生物质能的定义

生物质能是指以绿色植物为载体，通过光合作用，把太阳能转化为化学能并储存在植物内部的能量。生物质能是世界上的第四大能源，并且是唯一的一种可再生的能源。根据科学家的估算，全球范围内的陆地每年可生产1100~1400亿吨生物质，海洋年产量有600亿吨^[3]，数量巨大。

我国是一个农业大国，每年会产生大量的废弃生物质，但废弃生物质利用率很低，大部分都是直接燃烧，不仅热效率很低，而且燃烧时会产生大量的烟尘和余灰，造成CO₂排放过量，对大气、水和土壤造成污染，引发各种环境问题^[4]，与绿色发展战略不符。所以，大力研究发展生物质资源化利用与转化，对于解决能源短缺，生态失衡，环境污染等问题有着重要的意义。这样不仅能改进能源多元化和减轻对石化能源的依赖，还能减少大量CO₂的排放，对于保障资源和环境的可持续发展有着重要的意义^[5]。

1.1.2生物质能的特点

1)可再生性

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