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《同济大学》 2007年
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农业废弃物水热转化过程研究

张波  
【摘要】:我国是农业大国,每年都会产生大量的农业废弃物。水热技术作为一种新兴的技术用于农业废弃物的处置已经在产油、产H_2气、产酸、制造生物肥料等领域有所研究,但是对其处理转化农业废弃物反应过程的研究很少。本论文作为上海市科学技术委员会科技攻关重点项目《有机废弃物水热资源化》的一部分,主要研究考察以玉米秆和木屑为典型反应物的农业废弃物的水热转化过程。 本研究利用管式反应器对玉米秆和木屑的水热转化过程进行研究,采用红外光谱、HPLC、TOC、GC/MS、元素分析等仪器对反应产物进行分析。考察了反应物质量、反应时间、反应温度、反应物粒径、氧化剂用量、反应管中水的体积等反应影响因素对产物C分布、残渣结构、还原性糖产量、乙酸产量的影响。 研究表明反应温度、反应时间、氧化剂投加量对产物C分布、还原性糖和乙酸的产量影响显著,而反应物质量、加入水的体积、反应物粒径对产物C分布影响较小。反应温度升高能促进水热反应的反应速率,促进液相中C的积累,增加反应时间能促使固相中的C向液相和气相改变,氧化剂投加量增加会使残渣中的C向气相转化,而液相中的C基本维持不变。反应温度、反应时间、氧化剂投加量对还原性糖和乙酸的产量影响显著。增加氧化剂的投加量、升高反应温度、增加反应时间都能显著提高还原性糖和乙酸的产量,但是氧化剂投加量超过80%或反应温度超过350℃后,还原性糖和乙酸的降解速率超过生成速率,其产量反而会降低。从残渣红外光谱和扫描电镜观察也可发现水热反应明显改变了残渣结构。在250℃~374℃范围内,随着温度上升,残渣结构变化明显,固相中的-COOH、—OH、异化区β-键基团向液相转化,而固相中的苯环振动吸收增加,表现为木质素大量分解。 观察玉米秆和木屑的HPLC图谱可以发现农业废弃物能在水热反应条件下迅速(2min)降解,降解主要液相产物有酸(甲酸、乙酸、乳酸、草酸、丙烯酸、丙二酸、马来酸、富马酸、丁二酸)、丙酮醛、5-羟甲基糠醛等。 水热技术是一种具有活力的新技术,深化水热技术降解农业废弃物过程的研究有助于更有效的利用该技术实现农业废弃物的定向转化。
【学位授予单位】:同济大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:X705

【参考文献】
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