复合添加剂下微藻的微波热解特性及动力学研究

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随着人口的增长和经济的发展,全球对能源的需求正迅速增加。传统燃料如煤炭、石油、天然气等常规能源的大规模使用不可避免地导致环境污染问题。微藻作为可再生的生物能源,具有广阔的应用前景。热化学转化技术是目前生物质利用中的有效途径,催化热解是改善生物质产物分布与性能的有效方法。微波加热比传统加热具有更高的加热效率、更短的反应时间,是很好的加热方式。本文以杜氏盐藻为原料,采用微波热解系统对微藻生物质展开基础研究,探索了三种复合添加剂(活性炭与Na2CO3共混(AC/Na)、活性炭与Ca CO3共混(AC/Ca)、石墨与Na2CO3共混(GP/NC))在不同添加量、不同混合比例条件下对热解特性和热分解动力学的影响。主要热解内容与结果如下:(1)随着复合添加剂AC/Na=1:1添加量的增加,总失重(Mt)增加。对于添加量为15%的AC/Na组在不同混合比例下,5AC5Na组可获得最大的Mt(83.06 wt.%)。4AC6Na组在最大失重率(Rm)、平均失重速率(Rv)和重量稳定对应的时间(ts)等主要热解特性参数上显示出很强的协同作用。(2)当复合添加剂AC/Ca混合比例为1:1时,Mt随着添加剂的添加而增大。AC/Ca对微藻热解的总体影响为积极的促进作用。当AC/Ca添加量为10%时,最小的ts值、最大的Rv和最大的单位用电量下生物油气的产量(Wu)的值在5AC5Ca实验组得到。不同比例下的AC/Ca复合添加剂对杜氏盐藻热解特性参数Rm和最大失重速率对应的时间(tm)均有一定的抑制作用。(3)AC/Na复合添加剂组在失重特性上优于AC/Ca添加剂组。纯活性炭、纯催化剂(Na、Ca)和复合添加剂对杜氏盐藻热解的平均失重速率有积极的影响。(4)在添加量为5%的GP/NC添加剂(石墨混合Na2CO3)实验组中,初始分解温度(Ti)随复合添加剂中NC比例的增加而降低。5GP5NC组的最大失重速率(Rmax)、平均失重速率(Rmean)和热解特性指数D,分别为3.78%/min、1.67%/min和12.35×10-7。而NC组的活化能E(66.28 k J/mol)、焓△H(60.46 k J/mol)和吉布斯自由能△G(175.97 k J/mol)的值较小。(5)改变5GP5NC添加剂的添加量(5%、10%、15%),15%因具有最大的D(13.76×10-7)、最小的E(52.49 k J/mol)、优良的失重性能和热力学特性而被认为是较优的添加量。对于NC添加剂,Rmax最大值出现在15%添加量,而D的最大值和E的最小值出现在5%添加量。
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