水热碳化研究现状及问题ppt

当代化工研究Modem Chemical Research131 2020•22科研开发水热碳化在废弃生物质资源化中的应用研究进展*刘路(上海格林曼环境技术有限公司上海200001)摘耍：基于水热確化技术在生物质转化中的研究和应用现状，概括总结了生物质水热碳化过程反应机制，针对水热温度、反应时间、固液比和pH值对生物质水热碳化过程飽作用澎响进行分析和讨论，以期为生物质水热碳化过程的优化设计提供参考.关键词：水热碳化；生物质；资源化；研究进展中圉分类号：TQ文献标识码：AResearch Progress of Hydrothermal Carbonization in Waste Biomass ResourcfulizationLiu Lu(Shanghai Greenment Environmental Technology Co.,Ltd,Shanghai,200001) Abstract:Based on the research and application status of h ydrothermal carbonization for the biomass conversion,this paper summarizes the mechanisms during hydrothermal carbonization of b iomass,and effects of h ydrothermal temperature,time,solid load,and pH on the biomass conversion are analyzed and discussed.The aim of t his work is to p rovide reference f or optimized design of b iomass hydrothermal carbonization.Key words t hydrothermal carbonization^biomass；resourcfulization；research progress1引言生物质属于一种可再生资源，被认为可在一定程度上缓解由于煤和石油等不可再生资源的快速消耗而导致的能源短缺问题。

一种水热碳化耦合厌氧消化处理餐厨垃圾的方法1. 水热碳化是指在高温高压下，将有机物质转化为碳炭和有机气体的过程。

2. 厌氧消化是指在缺氧条件下，微生物分解有机物质产生沼气和有机肥料的过程。

3. 水热碳化耦合厌氧消化将两种处理方法结合在一起，可以最大限度地提高餐厨垃圾的资源化利用率和处理效率。

4. 该方法能够将餐厨垃圾中的有机物质转化为高质量的有机肥料，同时产生可再生的能源——沼气。

5. 水热碳化耦合厌氧消化处理餐厨垃圾的过程中，可产生的碳炭对环境具有良好的改善作用。

6. 该技术对资源整合、环保治理具有显著的效果，可有效降低餐厨垃圾对环境的污染程度。

7. 通过将水热碳化与厌氧消化耦合，可以减少对外界能源的依赖，降低垃圾处理的成本和环境影响。

8. 该方法对于生活垃圾资源化利用的协调发展，有重要意义。

9. 水热碳化耦合厌氧消化方法可适用于农村和城市地区，具有较大的市场潜力。

10. 对于资源稀缺地区，该方法可以有效解决有机废弃物带来的问题。

11. 该方法可以将餐厨垃圾转化为对植物生长有利的有机肥料，能够起到良好的土壤改良作用。

12. 水热碳化耦合厌氧消化处理餐厨垃圾的技术途径，对于提高餐厨垃圾处理的效率具有显著效果。

13. 该方法的实施需要一定的设备投入和技术支持，但是长远来看，可以降低垃圾处理的整体成本。

14. 水热碳化耦合厌氧消化处理餐厨垃圾可避免传统填埋处理方式带来的渗沥液和臭气的环境问题。

15. 此方法可以充分利用有机废弃物中的养分，产生高品质的有机肥料。

16. 水热碳化耦合厌氧消化处理餐厨垃圾的过程中，产生的沼气可以用于取暖和发电，具有可再生能源的特点。

17. 在农村地区，该方法还可以降低厨余垃圾对空气和土壤的污染程度。

18. 通过该方法处理的有机肥料和沼气可以在农田中应用，提高农作物的产量和品质。

19. 对于城市地区的垃圾处理中心，采用水热碳化耦合厌氧消化处理餐厨垃圾也是一种可行的选择。

20. 该方法将垃圾处理转化成资源回收的过程，符合可持续发展的理念。

城市污泥水热碳化的探究与应用进展一、引言随着城市化进程的加快和生活水平的提高，城市面临着废弃物处理和能源需求的双重压力。

污泥作为城市生活污水处理过程中产生的一种废弃物，不仅含有大量氮、磷等有机养分，也具有一定的能源价值。

因此，对城市污泥进行高效的处置和回收利用是亟待解决的问题。

在城市污泥处理方法中，水热碳化技术被认为是一种环保、高效、经济的处理方法，能够将污泥转化为有机肥料和能源产品。

该技术通过高温高压水热环境下，将污泥中的有机物质转化为碳质产物，同步释放出能量。

本文将对城市污泥水热碳化的探究进展和应用状况进行综述，以期为该技术的进一步应用提供参考。

二、城市污泥水热碳化技术的原理城市污泥水热碳化技术是一种利用高温高压水环境下的化学反应过程，将污泥中的有机物质转化为固态碳质产物，同时释放出可再生能源的技术。

其基本原理如下：1. 高温高压条件下，污泥中的有机物质与水中的热能发生反应，产生热解和水解作用。

2. 热解作用将有机物质分解为低分子量的气体和液体产物，包括甲烷、乙烯、乙醇等。

3. 水解作用通过水的加入，将有机物质转化为酸性物质。

这些酸性物质会在碳化过程中参与反应，增进碳化产物的形成。

4. 炭化反应将酸性物质转化为稳定的固态碳质产物，包括热炭、活性炭等。

通过以上反应过程，城市污泥中的有机物质得以转化为可再生能源和碳质产物，实现了污泥的资源化和能源化利用。

三、城市污泥水热碳化技术的探究进展1. 催化剂的探究与应用在城市污泥水热碳化过程中，催化剂的作用是改善反应速率和产物选择性，提高碳化效率。

探究表明，添加金属催化剂可以增进水热碳化反应过程中的气体产物生成，并缩减碳质产物的生成。

常用的催化剂包括铜、镍、铁等金属，以及获得广泛关注的纳米催化剂。

2. 温度和压力的优化水热碳化反应的温度和压力是影响反应速率和产物分布的重要因素。

探究发现，适合的温度和压力可以提高碳化效率，改善产物的选择性。

一般来说，适合的温度范围为200-300摄氏度，压力范围为20-40MPa。

《纳米材料与纳米技术》论文水热碳化法制备碳纳米材料摘要：水热碳化法是一种重要的碳纳米材料的制备方法，本文综述了近年来以糖类和淀粉等有机物为原料，采用水热碳化法制备各种形貌可控碳纳米材料的研究现状，并提出了该方法研究中存在的问题以及今后可能的发展方向。

关键词：水热碳化法、碳纳米材料、碳微球、碳空心球、核壳结构复合材料1 引言形态可控的碳纳米材料由于独特的结构和性能而受到研究者的普遍关注[1]，常见的制备方法有化学气相沉积法(CVD)[2]、乳液法[3]和水热碳化法[4]等。

水热碳化法是指在水热反应釜中，以有机糖类或者碳水化合物为原料，水为反应介质，在一定温度及压力下，经过一系列复杂反应生成碳材料的过程[5]。

图1为水热碳化法所制备的各种形貌的碳材料。

与其他制备方法相比，采用水热碳化法所制备的纳米碳材料具有显微结构可调、优良的使用性能、产物粒径小而均匀等特点。

本文综述了水热碳化法制备形态可控碳纳米材料的最新研究进展，概括了工艺因素对碳纳米材料合成过程的影响，最后提出了水热法合成碳纳米材料今后可能的研究方向。

图 1 水热碳化法制备各种形貌碳材料的示意图2 水热碳化法制备碳微球碳微球由于具有大的比表面积、高的堆积密度以及良好的稳定性等，被应用于锂离子电池[6]、催化剂载体[7]、化学模板[8]、高强度碳材料[9]等方面，拥有广阔的应用前景。

Yuan等[10]以蔗糖为碳源，先采用水热碳化法合成碳微球，再使用熔融的氢氧化钾溶液对合成产物进行活化处理，制得粒径为100-150nm的碳微球。

研究表明活化后碳微球的石墨化程度有很大提高，且表现出良好的电化学性能。

其比容量达到382F/g，单位面积电容达到19.2μF/cm2，单位体积容量达到383F/cm。

Liu等[11]以琼脂糖为原料，采用水热碳化制备出粒径范围为100～1400nm的碳微球，研究结果表明碳微球的粒径随琼脂糖的浓度的增加而增大，且所制备的碳微球的表面富含大量的含氧官能团，这些官能团可以很好地吸附金属离子或者其它有机物等，因此该材料在生物化学、药物传输以及催化剂载体等方面具有很好的应用前景。

城市污泥水热碳化的研究与应用进展城市污泥是城市生活和工业生产过程中产生的污染物之一。

传统的处理方式主要是填埋或焚烧，然而这些方式存在一些问题，如占用土地资源、产生二氧化碳和有害气体等。

因此，城市污泥水热碳化技术成为一种被广泛研究与应用的处理方式。

水热碳化是一种通过加热、压力和湿度控制的过程，将有机废弃物转化为稳定的碳质产物。

在城市污泥水热碳化的过程中，水热碳化反应器中加入一定量的水，然后加热到一定温度，并通过压力调节反应器内的湿度。

在适宜的条件下，有机物质被分解为固体碳质产物、液体产物和气体产物。

其中，固体碳质产物可以用作肥料或固体燃料，液体产物可以用作化肥或能源生产，气体产物可以用作能源利用。

通过这种方式，城市污泥得到了高效利用，同时达到了资源回收、减少排污和环境保护的目的。

城市污泥水热碳化技术的研究与应用已经取得了一些进展。

首先，研究者们对水热碳化反应条件进行了优化。

通过调节反应温度、压力和湿度等参数，提高了城市污泥的碳化效率和产物质量。

其次，研究者们对碳化产物的性质进行了研究。

研究发现，水热碳化产物中的固体碳质具有较高的孔隙度和比表面积，可以作为优良的吸附剂或触媒载体。

液体产物含有丰富的有机酸和营养物质，适合用作土壤改良剂或肥料。

气体产物中含有丰富的甲烷和二氧化碳，可以通过燃烧或厌氧消化等方式进行能源利用。

水热碳化技术在城市污泥处理中存在着一些挑战。

首先，反应过程中产生的液体产物需要额外的处理，以便将其应用于农业或能源生产。

其次，该技术的规模化商业化还存在一些问题，如设备高成本、能耗较高和操作复杂等。

此外，碳化产物在实际应用过程中面临着一些法规和安全问题，如二次污染和有害气体排放等。

尽管存在一些挑战，但城市污泥水热碳化技术仍然具有广阔的应用前景。

首先，该技术能够实现城市污泥的高效处理和资源回收，符合可持续发展的要求。

其次，碳化产物可以应用于农业、环境工程和能源产业等领域，具有良好的经济效益和环境效益。

水热碳化法制备碳纳米材料碳纳米材料是一类具有重要应用前景的材料，具有优异的物理、化学和机械性能，因此在能源、环保、医疗等领域具有广泛的应用前景。

制备具有优异性能的碳纳米材料是当前研究的热点。

本文将介绍一种水热碳化法制备碳纳米材料的方法，并对其形貌、结构、性质等方面进行深入研究。

水热碳化法是一种在密封容器中高温高压条件下，利用水作为溶剂和还原剂，将有机前驱体转化为碳纳米材料的方法。

具体实验步骤如下：将有机前驱体（如苯酚、间苯二酚等）溶解于水中，配制成一定浓度的溶液。

将溶液放入高压釜中，密封后在一定温度和压力条件下进行水热反应。

反应结束后，将釜内溶液用过滤器进行分离，得到固体产物。

对固体产物进行洗涤、干燥处理，得到最终产物。

实验过程中，需要控制的主要条件有反应温度、压力、时间以及前驱体的种类和浓度。

这些条件的改变会对产物的形貌、结构和性质产生影响。

通过调整实验条件，我们得到了一系列的碳纳米材料。

利用扫描电子显微镜（SEM）对产物的形貌进行观察，结果显示，不同条件下制备的碳纳米材料形貌各异。

有些呈现出明显的纳米管结构，而有些则呈现出纳米颗粒状结构。

通过X射线衍射（XRD）对产物的结构进行分析，结果表明，不同条件下制备的碳纳米材料晶体结构存在差异。

有些呈现出石墨结构，而有些则呈现出无定形结构。

利用透射电子显微镜（TEM）对产物进行更深入的分析，我们发现，具有纳米管结构的碳纳米材料中，管壁呈现出有序的蜂巢结构，而纳米颗粒状结构的碳纳米材料则呈现出无定形的结构。

综合对比实验结果，我们可以发现，水热碳化法制备碳纳米材料的形貌、结构和性质与实验条件和前驱体的种类密切相关。

通过调整实验条件和选择不同种类的前驱体，可以制备出具有不同形貌和结构的碳纳米材料，从而满足不同领域的应用需求。

本文通过水热碳化法制备了具有不同形貌和结构的碳纳米材料，并对其形貌、结构和性质进行了深入研究。

结果表明，实验条件和前驱体的种类对碳纳米材料的制备具有重要影响。

水热炭化技术及其在废水处理中的应用研究进展生物质作为一种可再生资源，不仅来源比较广泛而且产量巨大，可以有效缓解目前面临的能源枯竭危机。

同时，合理地资源化利用废弃生物质还能削减焚烧、填埋等传统处理方式对环境带来的污染。

其中，采纳废弃生物质制备生物炭是其资源化利用的有效方法之一。

但传统的生物质炭化方法，需要对含水率高的生物质进行干燥处理，能耗较高，为此越来越多的学者将留意力转移到以水热炭化的方法制备碳质材料。

水热炭化是根据肯定的比例将生物质与水混合后置于反应器内，在肯定的温度、时间和压力条件下，以产生固体产物为目标的水热反应。

它是经过一系列简单的热化学反应，最终将有机物质转化为高含碳产物的过程，产物被称为水热炭。

随着社会经济的进展，以重金属离子、有机物、氮磷氟阴离子为代表的污染物不断随废水进入水体环境，对水生环境和人类健康构成严峻威逼。

采矿、皮革等行业产生的废水中含有汞、铬、镉、锌、铅、铜、镍等重金属离子，其会在水体中长期存在，并会通过食物链在生物体内富集；水体中含有的多环芳烃、卤代烃、有机农药等有机污染物成分简单且具有肯定的毒性；氮磷污染物会造成水体富养分化，同时矿物冶炼加工、肥料的生产都会对水体产生氟污染，这些污染物的存在均会严峻危害生态环境。

因此，对以重金属、有机物、阴离子等为代表的水体主要污染物的脱除已成为水污染治理讨论的重点。

吸附法由于具有操作简洁、成本效益高等优势，在废水处理领域应用广泛。

其中，吸附剂是吸附法得以推广应用的关键。

讨论发觉，可以将农业秸秆、生活垃圾、污泥、动物粪便等废弃生物质经过不同的热化学方法制成生物炭，且所得的生物炭具有孔隙发达、理化性质稳定和官能团丰富等优点，是良好的吸附材料。

其中，水热炭又被认为是具有进展潜力的碳质材料，并被作为绿色吸附材料广泛应用于废水处理领域。

笔者对水热炭的制备工艺和主要工艺参数对水热炭制备的影响进行了介绍，着重总结了水热炭对水体重金属、有机污染物和阴离子污染物的吸附讨论进展，并对其将来讨论方向进行了展望，以期为水热炭今后的讨论和推广应用供应借鉴。

太　阳　能第1期　总第333期2022年1月No.1　Total No.333Jan., 2022SOLAR ENERGY0 引言随着世界人口的增长，化石能源消耗的速度不断加快，人类正面临着一次能源枯竭的问题，而生物质能作为一种可再生能源，是地球上唯一一种可制备出有机石油的可再生能源[1]。

利用生物质能对于减少CO2排放、降低一次能源消耗和保护环境均具有可持续发展的重要意义。

为发展生物质能，我国早在2006年便实施了《可再生能源法》，并且在“十二五”期间，我国生物质能产业发展较快，总体呈现良好的发展势头。

“十三五”时期是我国实现能源转型升级的重要阶段，在此期间，生物质能产业化发展面临重要机遇。

2016年，我国在《能源发展“十三五”规划》和《可再生能源发展“十三五”规划》的基础上，制定了《生物质能发展“十三五”规划》，为生物质能的发展提供了方向。

以废弃生物质为原料之一的生物质能作为一种可再生能源，近年来备受世界各国的重视，并成为可再生能源研究领域中的一个热点。

废弃生物质是一种可用于生产固体燃料和其他化学产品的原材料，具有十分广阔的应用前景。

虽然我国的废弃生物质资源很丰富，如农作物秸秆、农产品谷壳、加工残渣、林业废弃物等，每年的产量相当于4.6亿吨标准煤[2]，但其有效利用率并不高，这不但造成了生物质资源的浪费，若处理不当，还会造成环境污染。

其中，农作物秸秆具有多用途、廉价、可再生的优势，在“十四五”期间，其有效利用和资源化处理将成为研究重点。

废弃生物质的露天焚烧不仅会造成生物质资源的浪费，而且还容易出现污染大气环境、引发火灾、破坏土壤结构和危害人类生命健康等一系列严重问题。

而水热碳化技术的出现，为处理废弃生物质提供了一种全新理念，并解决了废弃生物质传统处理方式存在的燃烧时热值低、灰分大和浪费严重等问题。

而且经过水热碳化技术处理后得到的固体产物在能源、农业和工业等领域均具有十分重要的应用。

例如：在能源领域，经过水热碳化技术处理后得到的固体产物因具有能量DOI: 10.19911/j.1003-0417.tyn20201027.02 文章编号：1003-0417(2022)01-14-06水热碳化技术处理废弃生物质的研究进展李　恒，石　岩*，迟铭书，徐秀灵，刘　玥，韩舒伦，薛镒贤，付嘉乾(吉林建筑大学市政与环境工程学院，长春 130118)摘　要：本文对采用水热碳化技术处理废弃生物质的影响因素进行了综述，并分析了以水热碳化技术处理废弃生物质时的反应机理，以及可采用的分子模拟软件；最后针对利用水热碳化技术处理废弃生物质的方式提出了展望和建议。

水热碳化和热水解水热碳化和热水解碳是人类最基本的物质之一，它存在于自然界的许多物质中，例如树木、煤炭、石油等。

而在现代工业和生活中，大量的石油和天然气被用于燃料，这样会消耗大量的资源，同时还会产生大量的能源开采与化学反应带来的环境压力。

在这种情况下，寻找更高效、更环保的碳素利用方式显得尤为重要。

本文将讨论两种碳素利用方式，它们是水热碳化和热水解。

一、水热碳化水热碳化是将碳质物质（如木材、秸秆、草等）放入高压容器中，加入少量水分和催化剂，然后加热到高温高压下进行反应，使碳质物质分解成可直接利用的气体和液体，同时也留下了一定量的固体残留物，这就是水热碳化的过程。

如此一来，不仅可以产生高效的能源利用，而且也减轻了垃圾处理的重负。

水热碳化的优点在于：1. 可以直接转化生物质废弃物为价值化的可再生能源。

2. 产量比燃烧更高（热值可以达到16-19MJ/kg），并且没有二氧化碳等有害气体的产生。

3. 产物可以被直接用于发电或热水供应，并且可以转化为燃气、燃料油和炭黑等物质。

4. 廿四小时启动或停止均可，减少燃烧过程（如锅炉）的清洁和维护时间。

5. 水热碳化能够得到固体废弃物，可以作为肥料或者发酵基质。

二、热水解热水解是指在高温高压下，以水为介质进行有机物的降解，产生气态或液态的有机物质的过程，其中碳质物质需要在400-600℃的温度下，高压环境下反应。

热水解的主要产物包括电力、氢气、氢气和油脂等。

热水解的优点在于：1. 它可以有效地转化各类生物废弃物为价值化的可再生能源。

2. 热水解的产量比燃烧更高，同时减少了燃烧过程中产生的有害气体。

3. 热水解可以转化为电力、氢气和油脂等，这些产物可以被广泛的应用在化学工业、医药健康、新能源等领域。

总体来说，热水解比水热碳化更加适用于生物废弃物的转化。

但是两种方式各有优劣，在实际应用中需要根据不同的情况进行选择。

在用上述方式利用碳素资源的过程中，也需要注意，碳素资源的利用同样必须注册监督以及规范管理。