城镇有机垃圾热生物炭理化性质研究.pdf

The study on the Physical and Chemical Properties of Biochar Produced by Pyrolysis of Municipal Organic Waste A Thesis Submitted to Chongqing University in Partial Fulfillment of the Requirement for the Master’s Degree of Engineering By Luo Ting Supervisor: Ass. Prof. Liu Guotao Specialty: Environmental Engineering College of Urban Construction and Environmental Engineering of Chongqing University, Chongqing, China May 2014 中文摘要 摘 要 城镇有机垃圾热解生物炭，具有高度发达的孔隙结构及稳定的芳香结构，通 过热解将城镇有机垃圾中的碳源固定在生物炭中，再对生物炭进行土地处理，生 物炭结构稳定，自然条件下氧化速率缓慢，整个处理系统可以削减城镇有机垃圾 这个巨大碳源向大气的转化速度，而且生物炭也可以对土壤理化特性进行一定的 调节。论文以不同组分城镇有机垃圾（纸屑、厨余、竹木、布织物、塑料以及他 们间混合的不同组分）为研究对象，研究热解条件 （热解终温500 ℃、600 ℃、 700 ℃、800℃）对形成的生物炭理化性质的影响，分析生物炭理化性质与热解条 件的相关关系，以期得到孔隙结构发达、芳香稳定化程度高的生物炭的热解条件。 通过实验，得出以下的研究结论： ① 随热解终温的升高，竹木、厨余、布织物热解的生物炭，孔隙结构越发 达，表现出 比表面积 （800 ℃竹木、厨余、布织物热解生物炭比表面积分别为 430.65m²/g 、82.38m²/g、361.20m²/g ）、微孔体积逐渐增大 （800℃竹木、厨余、 布织物热解生物炭微孔体积分别为 0.145cm³/g 、0.025cm³/g 、0.130cm³/g ）和平均 孔径逐渐减小 （800 ℃竹木、厨余、布织物平均孔径分别为 2.36nm 、3.55nm 、 2.42 nm ）；纸屑、塑料组分随热解终温的升高，生物炭的比表面积及微孔体积出 现先升后降的规律，纸屑在 700℃孔隙结构最为发达，比表面积 （218.07m²/g ）、 微孔体积最大(0.085cm³/g) ，平均孔径最小(2.10nm) ；塑料在 600℃，孔隙结构最 为发达(生物炭比表面积7.68 m²/g 、微孔体积 0.00064 cm³/g、平均孔径 8.10nm) 。 厨余、塑料单组份的生物炭的孔隙结构不如竹木、布织物、和纸屑的好，尤其是 塑料，比表面积要低近一个数量级；随热解终温的升高，混合五组分垃圾炭的孔 隙结构总体表现为越来越发达。 ② 厨余、塑料组分对于其余组分交互影响较为明显，这两种组分对于其余 三种组分孔隙结构的形成影响较大；布织物、竹木、纸屑三种组分，结构相似， 在共热解成炭的过程中，反应较为独立，三者之间交互影响较少。 ③ 混合垃圾炭 700℃时 H/C 最小，O/C 和(N+ O)/C 最大，该终温条件下， 垃圾炭芳香性最强，极性、亲水性最强。 ④ 厨余、布织物、塑料、纸屑、竹木单组份以及混合垃圾热解的生物炭呈 弱碱性，五种单组份中，厨余炭的 pH 值最高，塑料炭 pH 值最低；五个单组份 以及混合垃圾热解的生物炭的pH 值均随热解终温升高而增加。 ⑤ 各种单组份热解炭中含有芳香烃基团、羟基、羧基、醚键等官能团，塑 料炭中由于PVC 中的Cl 部分固定于生物炭中，生物炭上也存在 C-Cl 基团，厨余