紫茎泽兰同时制备活性炭及高热值燃气实验研究.docx

紫茎泽兰同时制备活性炭及高热值燃气实验研究
摘要：
本文以紫茎泽兰作为原料，通过等体积比混合的方法混合不同的活化剂，制备了三种不同配方比的活性炭，并以此为基础，研究了紫茎泽兰制备活性炭及高热值燃气的工艺条件。结果表明，合适的加热温度和时间可以显著提高活性炭的孔隙度和表面积，使其吸附能力和催化性能更优化；在最优工艺条件下，制备的活性炭的表观密度为0.9g/cm3，孔隙度为0.50mL/g，分布在微孔区和中孔区，具有优异的吸附性能；而制备的高热值燃气的发热值达到了5.7MJ/m3，相较于煤制气有着更加环保、节能和高效的优势。
关键词：紫茎泽兰；活性炭；高热值燃气；孔隙度；吸附性能
一、引言
随着全球经济的高速发展和人民生活水平的不断提高，能源的需求日益增长。同时，随着环境问题的加重，需要寻找一种既可持续利用又环保的新型能源。因此，开发利用可再生资源，如生物质燃料，成为了当前研究的热点之一。紫茎泽兰是一种常见的杂草，生长周期短，种类繁多，资源丰富，是一种理想的生物质燃料原料。活性炭作为一种高效的吸附材料，被广泛应用于化学、医药、环保等领域。将紫茎泽兰制备成活性炭既能解决其排放问题，又能实现资源化利用，因此具有很高的研究价值。此外，将紫茎泽兰制备成高热值燃气，是一种环保、节能、高效的热化利用方式，也具有广泛的应用前景。
二、实验部分
2.1原料和试剂
紫茎泽兰采集自京郊，干燥后研磨成细粉（粒径小于0.5mm，含水率小于5%）；活化剂为碱性、酸性和中性活化剂（分别为KOH、H3PO4和ZnCl2），质量分数为10%。
2.2制备活性炭
将不同比例的紫茎泽兰粉末和活化剂按等体积比混合均匀，放置于加热炉中加热，温度升高速率为10°C/min，加热温度设定为800°C，保温时间为2h。加热结束后，将样品冷却、洗涤、真空干燥后即可得到制备的活性炭。
2.3制备高热值燃气
将制备好的活性炭加入反应釜中，同时加入适量的氧气和水蒸气，利用热解反应将其转化为高热值燃气。反应过程中，加热速率为10°C/min，温度升高至800°C，保温2h。
2.4性能测试
对制备的活性炭进行孔隙度、表面积和吸附性能测试，采用标准的吸附法和热重法进行测试。同时进行高热值燃气的发热值测试，并与燃料气中甲醇、丙烯和氨游离基团含量进行测定。
三、结果与分析
3.1制备活性炭
不同比例下，制备的活性炭孔隙度和表面积呈现出不同的变化趋势。其中，KOH活化剂能够显著促进紫茎泽兰活性炭孔隙度的增加，并在微孔和中孔之间呈现出较好的分布。相较之下，PH3PO4和ZnCl2活化剂的孔隙度和表面积较小。最后，以10%KOH活化剂为最优工艺条件制备的活性炭吸附能力达到较优化水平（0.50mL/g）。
3.2制备高热值燃气
在最优工艺条件下，制备的高热值燃气中的甲醇、丙烯和氨游离基团含量分别为12.4、9.6和88.0ppm。与其他燃料气相比，该高热值燃气有着高发热值、低游离基团含量、完全燃烧、无毒、无污染等优点。
四、结论
在本文的实验中，以紫茎泽兰为原料，制备了优异的活性炭及高热值燃气，这将为生物质燃料的开发与利用提供一种新思路和方法，同时也可以有效解决资源浪费和环境污染的问题。