生物炭催化污泥和稻壳共热解制备生物油的研究

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随着污水处理工程的不断推进,污泥产量日益增加。污泥含有大量有机组分,具备较高的利用和能源开发价值。为了使污泥得到合理处置和资源化利用,本研究主要采用生物炭催化共热解技术结合预处理对污泥和稻壳进行热化学转化,以制备高品质液体燃料为目标。首先考察了不同混合比例下污泥和稻壳共热解的热解特性、三相产率和生物油组分。当混合比例增大时,DTG max和D值随之增大,而950℃对应的残炭量随之减小。随着稻壳的引入,各混合比例中生物油产率都明显增加,最佳的混合比例为1:1,因为此时获得了最高的生物油产率17.21 wt.%。与污泥热解相比,共热解能减少生物油中的含氮物质,降低酚类含量,但对其他的含氧物质影响甚微。其次采用不同种类和不同浓度的酸对稻壳进行酸洗预处理,讨论了酸洗条件对污泥和酸洗稻壳共热解生物油的影响。酸洗后(除7%盐酸),生物油产率都提高了,其中3%盐酸下生物油产率高达21.86 wt.%。与共热解相比,酸洗后生物油中的酸类、酚类和酮类都减少了。最后探究了不同的生物炭催化剂对共热解生物油的影响,总结了潜在的催化机理。催化后,生物油产率下降至9.45-12.03 wt.%,气体产率增加至32.53-37.27wt.%,生物炭产率保持稳定。与共热解相比,含氧物质(包括酸类和酚类)和含氮物质含量大幅度下降(除了RHA),烃类物质显著增加。这与元素分析结果相吻合,即生物油中氧和氮含量降低,碳含量增加。这表明催化后生物油品质得到明显的提升,这是因为生物炭催化剂具有较大的比表面积和丰富的官能团,其中RHC显示最佳的催化性能。此外,还讨论了酸洗联合催化剂对共热解的影响,这不仅能减少由于催化剂引入导致的生物油产率的降低量,还能进一步增加烃类含量,增强脱氧效果。
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