2023年 第45卷 第5期    刊出日期：2023-05-25

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生物质材料应用

生物质基碳材料制备及其在超级电容器电极材料中的应用

周舒心, 范怀林, 胡勋

2023, 45(5):  1-12.  doi:10.3969/j.issn.2097-0706.2023.05.001

摘要 ( 147 )   HTML ( 8 )   PDF (3135KB) ( 225 )  

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生物质材料具备价格低廉、收集方便、芳香度和含碳量高等优良特点，是实现工业化规模制备新型碳材料的重要碳源之一。生物质材料和功能材料绿色可持续高效转化是实现碳中和的关键。多孔碳材料由于高比表面积、丰富合理的多孔结构、良好的导电性和稳定性，在能量储存方面具有巨大潜力。归纳整理了生物质衍生多孔碳材料的国内外最新研究进展，总结了生物质基多孔碳材料的分类和制备过程，重点阐述了其作为电极材料的研究进展。针对生物质基多孔碳材料制备工艺提出了合理的研究策略，给出了精准利用发展生物质自身优势制备功能化碳材料的未来研究方向。

半焦作为固体燃料的应用研究进展

李清扬, 李超, 蒋雨辰, 胡勋

2023, 45(5):  13-23.  doi:10.3969/j.issn.2097-0706.2023.05.002

摘要 ( 86 )   HTML ( 5 )   PDF (1894KB) ( 131 )  

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半焦作为一种由原煤或生物质热解制备的高热值新型廉价清洁燃料，在化工冶金等领域有广泛应用。实现以半焦作为主要成分的固体燃料的高效清洁燃烧，具有很高的环保与经济价值，对国家的节能减排与经济发展均有重大意义。综述了目前在半焦燃料方面的相关进展；分析了半焦单独燃烧相关的技术路线及成果，验证了半焦纯燃产业化的可能；对半焦与其他可燃物质掺混燃烧的不同方向及进展进行分析，其中在660 MW超临界锅炉上实现了质量分数为50%的半焦掺烧，验证半焦规模化掺烧的可能性；对半焦在民用领域的应用及成果进行了分析，证实半焦燃料在民用燃烧炉中燃烧的经济与生态效益。对半焦燃料燃烧后的污染物排放及燃烧稳定度、热值、综合燃烧效率等，以及半焦燃料的经济与环境效益，对目前半焦燃料的发展方向进行了分析与总结。最后，基于目前研究存在的问题对未来的研究及发展方向进行展望，为该领域今后的研究提供参考。

纤维素热解制备高值化学品的研究综述

范德锴, 付洁, 刘洋, 周春宝, 代建军

2023, 45(5):  24-31.  doi:10.3969/j.issn.2097-0706.2023.05.003

摘要 ( 75 )   HTML ( 1 )   PDF (1099KB) ( 166 )  

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纤维素是生物质的重要组成部分，而热解技术是一种具有应用前景的高值转化技术，利用纤维素热解来生产各种燃料和高值化学品对未来化工产业的发展具有重要意义。对纤维素热解机理和模型进行研究有助于对纤维素热解过程和热解产物进行分布调控。因此，以纤维素的热解机理和热解动力学模型为基础，概括了纤维素热解过程中热解产物（热解气、热解炭、热解油） 的应用，进行了以热解油为基础，选择性生产高值化学品的研究。分析不同催化剂对于制备左旋葡萄糖酮（LGO）、1-羟基-3，6-二氧杂双环[3.2.1]辛-2-酮（LAC）、糠醛、芳烃和酚类的应用，总结纤维素催化热解制备这些增值化学品的最佳条件，最后指出纤维素热解制备高值化学品研究中存在的问题，并对以后的研究工作进行了展望。

前驱体对Ni/ZSM-5催化重整松木屑制氢性能的影响

苏砚鑫, 王学涛, 邢利利, 李浩杰, 张兴宇

2023, 45(5):  32-38.  doi:10.3969/j.issn.2097-0706.2023.05.004

摘要 ( 85 )   HTML ( 1 )   PDF (2366KB) ( 95 )  

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以生物质为原料的可再生资源具有运输便捷、资源丰富、来源广泛、减少薪柴类废弃物焚烧等优点，开发以生物质为原料的高效蒸汽重整制氢对实现绿色清洁燃料的工业应用具有重要意义。采用浸渍法分别以乙酸镍、硝酸镍、氯化镍、硫酸镍为前驱体负载于ZSM-5分子筛载体制备了4种催化剂，用固定床反应器考察4种催化剂对松木屑生物质催化重整的催化活性，分析合成气中氢的体积分数并对催化剂进行X射线衍射、氨程序升温脱附、氢程序升温还原、扫描电子显微镜表征测试。结果表明：乙酸镍与载体之间有较高的相互作用，镍物种在催化剂表面均匀分散，降低了颗粒的聚集、积碳，Ni-AC催化剂对松木屑的催化重整活性最高，合成气中氢气的体积分数达60.47%，Ni-S催化剂对生物质催化重整活性最低。研究结果可为生物质资源高效回收利用提供理论支撑。

生物质热转化过程

酸洗和磷酸浸渍对浮萍热解特性的影响研究

杨伟, 吕雷达, 彭诗阳, 李威, 蔡红春, 韩勇, 朱有健, 杨海平, 赵海

2023, 45(5):  39-45.  doi:10.3969/j.issn.2097-0706.2023.05.005

摘要 ( 63 )   HTML ( 1 )   PDF (1310KB) ( 96 )  

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基于当前浮萍热解研究不足的现状，探究浮萍热解特性及磷对热解气体产物特性的影响。采用酸洗及磷酸浸渍的方法对浮萍进行处理，使用热重红外联用仪探究酸洗和磷酸浸渍对浮萍热解特性及气体产物特性的影响。研究发现酸洗明显降低了浮萍的灰分含量且改变了灰分组分，提高了样品的热值及C，H，N，O的质量分数。热重试验发现浮萍热解主要分为4个阶段，热解反应主要发生在145~520 ℃，微商热重（DTG）曲线呈双峰分布。酸洗导致热解初温升高10 ℃，降低了浮萍热解后的固体产物产量，降低了最大失重峰温度，但最大失重速率上升。磷酸浸渍明显提高了浮萍热解后的固体产物产量，同时降低了热解的最大失重峰温度及最大失重速率。酸洗使热解气体产物CH₄含量升高，而磷酸浸渍则促使CH₄，CO₂，NH₃等气体产量显著增加且明显扩大了NH₃的释放区间。

基于微波热解技术制备生物炭的研究进展

蒋雨辰, 李清扬, 胡勋

2023, 45(5):  46-62.  doi:10.3969/j.issn.2097-0706.2023.05.006

摘要 ( 206 )   HTML ( 6 )   PDF (8115KB) ( 177 )  

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随着社会和经济的发展，农林废弃物、生活垃圾、市政污泥及其他有机固体废弃物的无害化处理受到广泛关注。有机固体废弃物中含有大量碳源，通常的处理方法多是填埋、焚烧和作物残余物还土还田，既造成环境污染，又导致碳源资源的浪费。微波热解（MP）是一种比较新颖的生物质热解处理方式，其具有升温速率快、生物质受热均匀、加热效率高等优点。MP可能会以不同于传统管式炉加热的方式影响生物炭的性质，这是因为在不同的加热方式下，传热和传质方式是不同的。主要总结归纳了MP废弃生物质过程中得到的固体生物炭的性质，包括MP方式及特点的描述，对比不同生物质在不同的微波功率和温度影响下，其热解产物的分布和产率变化。着重比较了不同废弃生物质原料经MP后所得生物炭的形貌差异、生物炭表面官能团变化、生物炭孔结构和比表面积的差异、生物炭中各元素的变化及生物炭热稳定性，以及微波生物炭和常规生物炭的差异。

催化生物质焦油模型化合物热解规律的研究

陈文轩, 李学琴, 刘鹏, 李艳玲, 卢岩, 雷廷宙

2023, 45(5):  63-69.  doi:10.3969/j.issn.2097-0706.2023.05.007

摘要 ( 61 )   HTML ( 1 )   PDF (3090KB) ( 158 )  

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为进一步开发可再生能源，探究了生物质焦油的催化转化路径。试验以分子筛为载体制备了Ni基分子筛催化剂，对生物质焦油相关模型化合物进行催化热解研究，考察了不同催化剂以及热解温度的影响。结果表明，Ni的负载很大程度上提高了催化剂的催化活性，促进了催化反应向气体产物方向进行；随着助剂金属Ca，Co的二次负载，金属间的相互作用进一步提高了催化剂的机械强度和反应稳定性。通过对热解温度的研究，发现随着温度升高，模型物转化率和热解气产率显著提高，高温促进了催化剂与模型物间的氢转移反应。各模型化合物在Ni?Ca?Co/HZSM?5的催化作用下，均可以从大分子有机物转化为小分子气体，其转化率可以达到90%以上。研究旨在为进一步深入研究焦油的催化转化奠定基础。

生物质收集及存储

海洋垃圾治理技术综述

房瑞, 段志勇, 刘在智, 王宇轩, 刘辰希, 李浩, 范垂钢

2023, 45(5):  70-79.  doi:10.3969/j.issn.2097-0706.2023.05.008

摘要 ( 153 )   HTML ( 6 )   PDF (2636KB) ( 172 )  

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随着工业技术的发展，海洋垃圾已经成为海洋治理中不可忽视的问题。全球海洋垃圾总量大、分布范围广，包括塑料类、木制品类、纸制品类和金属类，其中塑料是海洋垃圾的主要组成部分。海洋垃圾不仅造成视觉污染、影响船舶行驶安全，还严重威胁海洋生物与海洋生态平衡。综述了海洋垃圾治理技术，包括定位与监测、收集和处理3个环节。定位与监测领域，深度学习技术已经应用于海洋垃圾的自动监测。在收集方面，专业垃圾清理船等传统装置仍占主导地位，自动水面清洁器等新型设备尚在不断研发与完善中。海洋垃圾处理方法主要包括填埋法、焚烧、热解、微生物治理法等，其中热解法不仅避免了二噁英等污染物的产生，还可用于制备高热值燃油等附加产品，有助于实现海洋垃圾能量循环再利用。下一阶段，开发同时具备定位、收集、处理能力的系统将成为趋势。

生物质储藏技术研究进展

胡玮麟, 谭梦娇, 朱艺, 张轩, 李辉, 杨海平

2023, 45(5):  80-85.  doi:10.3969/j.issn.2097-0706.2023.05.009

摘要 ( 79 )   HTML ( 1 )   PDF (1451KB) ( 112 )  

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在全面响应“碳达峰”“碳中和”的背景下，需对典型可再生资源——生物质的利用与储藏进行研究。现有关于生物质直接储藏的研究大多借鉴的是堆肥、食品贮藏、秸秆青贮等技术的研究方法，对生物质在储藏阶段的温室气体排放不够重视。生物质储藏能够弥补原料采收、供应和需求之间的差异，是生物质供应链的核心环节。回顾了生物质储藏的概念、自发热与干物质损失机理，对比了生物质储藏技术与堆肥、厌氧消化、成型燃料储藏等传统技术。在此基础之上阐述了生物质储藏过程中产生温室气体的机理，并提出了减少干物质损失的新方法。在已有研究成果的基础上加大对储藏技术的研发投入，提高生物质储藏效率，可为生物质原料的绿色高效储藏提供依据。