【正文】 編號(hào) 煅燒前總質(zhì)量 (g) 煅燒后總質(zhì)量 (g) 質(zhì)量變化量 (g) 1 2 3 表 320 400℃ 下 各 坩堝所加填料量 坩堝編號(hào) 5 6 7 秸稈 (g) Fe2O3(g) 表 321 400℃ 下以 Fe2O3 為催化劑的煅燒數(shù)據(jù) 坩堝編號(hào) 煅燒前總質(zhì)量 (g) 煅燒后總質(zhì)量 (g) 質(zhì)量變化量 (g) 5 河南科 技大學(xué)畢業(yè) 設(shè)計(jì)（ 論文 ） 16 表 321（續(xù)） 坩堝編號(hào) 煅燒前總質(zhì)量 (g) 煅燒后總質(zhì)量 (g) 質(zhì)量變化量 (g) 6 7 表 322 600℃ 下 各 坩堝所加填料量 坩堝編號(hào) 10 11 12 秸稈 (g) Fe2O3(g) 表 323 600℃ 下以 Fe2O3 為催化劑的煅燒數(shù)據(jù) 坩堝編號(hào) 煅燒前總質(zhì)量 (g) 煅燒后總質(zhì)量 (g) 質(zhì)量變化量 (g) 10 11 12 表 324 各溫度下 以 Fe2O3 為催化劑的煅燒數(shù)據(jù) 對(duì)比 坩堝編號(hào) 變化量 (g) 1+2 3 5+6 7 10+11 12 由表 324 可以看出在 3 種溫度下，加入催化劑后生物質(zhì)燃料燃燒前后質(zhì)量的變化量均不如不加催化劑的情況。 采用三組平行試驗(yàn)同時(shí)進(jìn)行的方法，編號(hào)為 3 的坩堝均裝生物質(zhì)燃料，編號(hào)為 7 的坩堝均裝同一催 化劑，編號(hào)為 1 12 的坩堝均裝生物質(zhì)燃料與催化劑的混合物。其中， 200℃ 下煅燒的坩堝編號(hào)為 3， 400℃下煅燒的坩堝編號(hào)為 7， 600℃下煅燒的坩河南科 技大學(xué)畢業(yè) 設(shè)計(jì)（ 論文 ） 12 堝編號(hào)為 1 12，此步驟不進(jìn)行平行試驗(yàn)，數(shù)據(jù)如下： 表 38 200℃ 下 各 坩堝所加填料量 坩堝編號(hào) 1 2 3 秸稈 (g) MnO2(g) 表 39 200℃ 下以 MnO2 為催 化劑的煅燒數(shù)據(jù) 坩堝編號(hào) 煅燒前總質(zhì)量 (g) 煅燒后總質(zhì)量 (g) 質(zhì)量變化量 (g) 1 2 3 表 310 400℃ 下 各 坩堝所加填料量 坩堝編號(hào) 5 6 7 秸稈 (g) MnO2(g) 表 311 400℃ 下以 MnO2 為催化劑的煅燒數(shù)據(jù) 坩堝編號(hào) 煅燒前總質(zhì)量 (g) 煅燒后總質(zhì)量 (g) 質(zhì)量 變化量 (g) 5 6 7 表 312 600℃ 下 各 坩堝所加填料量 坩堝編號(hào) 10 11 12 秸稈 (g) MnO2(g) 河南科 技大學(xué)畢業(yè) 設(shè)計(jì)（ 論文 ） 13 表 313 600℃ 下以 MnO2 為催化劑的煅燒數(shù)據(jù) 坩堝編號(hào) 煅燒前總質(zhì)量 (g) 煅燒后總質(zhì)量 (g) 質(zhì)量變化量 (g) 10 11 12 2． 8753 表 314 各溫度下 以 MnO2 為催化劑的煅燒數(shù)據(jù) 對(duì)比 坩堝編號(hào) 變化量 (g) 1+2 3 5+6 7 10+11 12 由表 314 可以看出在低溫 200℃ 下，煅燒前后 生物質(zhì)燃料的 失重量最大 ，生物質(zhì)燃料燃燒的比較充分。分別將編號(hào) 10， 11 和 12 的坩堝作為一組。分析同一溫度，不同燃燒條件下生物質(zhì)燃料的熱失重?cái)?shù)值，通過(guò)分析數(shù)據(jù)， 得出結(jié)論。以 KMnO4 為催化劑時(shí)燃燒 劇烈 ， 持續(xù)時(shí)間不長(zhǎng)， 說(shuō)明 KMnO4 被分解，釋放出氧氣 ， 起到助燃的作用。 表 21 儀器 名稱(chēng) 廠家 D8 X 射線衍射儀 日本進(jìn)口 熱重天平 上 海天平 儀器廠 WRT3P 型 電子天平 賽多利斯科學(xué)儀器有限公司 SX2410 型箱式電阻爐 滬南電爐烘箱廠 破碎機(jī) 臺(tái)灣進(jìn)口 標(biāo)準(zhǔn)篩 上虞市實(shí)驗(yàn)儀器廠 167。 167。 丹麥政府已明令電力行業(yè)必須每年焚燒 140萬(wàn)噸生物質(zhì) ， 一般是在流化床爐上混燒或在爐排爐上全燒 秸稈 [15]。此外 ， 混燒還能降低燃料消耗、減少化學(xué)組分對(duì)水和土壤的污染。 與其它的固體氧化劑比較 ， 當(dāng)生物質(zhì)燃燒性能改善程度相同時(shí) ， 添加 M 在成本消耗上有明顯的優(yōu)勢(shì) 。 以粉末狀的生物質(zhì)燃料 ， 如谷殼、 鋸末等為例 ， 由于常規(guī)的燃燒方式以空氣為氧化劑 ， 燃盡性能差 ， 以致 大量被浪費(fèi) [11]。 按目前技術(shù)水平和 20xx年的開(kāi)采量計(jì)算 ,石油、 煤炭和天然氣分別可供開(kāi)發(fā) 41年、 192年和 67年 [9]。 其中易燃部分主要是纖維素、半纖維素、木質(zhì)素。 歐盟規(guī)劃 20xx年可再生能源比例達(dá) 12%， 每年可替代 20xx萬(wàn)噸石油 ， 其中成本較低的生物質(zhì)能約占 80%。 生物質(zhì) 能 利用方式有 五 種 ： 一是熱利用 ， 主要是用于農(nóng)村柴灶提供生活能源和生物質(zhì)工業(yè)鍋爐提供蒸汽 ； 二是燃?xì)饫?， 主 要是利用生物質(zhì)能源產(chǎn)生沼氣、 生物質(zhì)氣化集中供氣 ， 主要是農(nóng)村用 ， 進(jìn)一步的發(fā)展方向是生物質(zhì)制氫 ； 三是生物質(zhì)發(fā)電 ， 主要包括沼氣發(fā)電、 生物質(zhì)氣化發(fā)電和直接燃燒發(fā)電 ； 四是液體燃料 ， 主要包括燃料乙醇、 生物柴油 ， 進(jìn)一步的發(fā)展方向是通過(guò)熱化學(xué)的方式氣化生產(chǎn)合成氣 ， 再用合成氣合成柴油或含氧燃料 (甲醇和DME等 )； 五是固體 燃料 ， 因?yàn)樯镔|(zhì)能的能量密度比較低 ， 不便于運(yùn) 輸 ，提高其密度具有現(xiàn)實(shí)意義。 物相分析過(guò)程 ...................................................................25 167。 以 MnO2 為催化劑的初步熱失重分析 ............................. 9 167。 試驗(yàn)材料 .................................................................................. 6 167。 未經(jīng)煅燒的 MnO2 中可能含有 Mn、 gamma MnO epsilon MnO2。河南科 技大學(xué)畢業(yè) 設(shè)計(jì)（ 論文 ） I 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 生物質(zhì)燃料催化氧化燃燒新工藝研究 河南科 技大學(xué)畢業(yè) 設(shè)計(jì)（ 論文 ） II 摘 要 將生物質(zhì)作為燃料使用，是可再生能源的有效利用途徑。以鋸末為生物質(zhì)燃料， 添加 MnO2 能顯著改善生物質(zhì)燃料的燃燒性能 ，降低生物 質(zhì)燃料的著火溫度，提高生物質(zhì)燃料的燃燒速度，使生物質(zhì)燃料的燃燒過(guò)程更集中 。 本課題研究的內(nèi)容 ................................................................. 5 第 2 章 試驗(yàn)材料與方法 ...................................................................... 6 167。 初步熱失重分析原理 ........................................................ 8 167。 X 射線衍射分析法原理 ....................................................22 167。 生物質(zhì)資源量巨大 ， 年產(chǎn)量約 1460億噸。 自 1992年世界環(huán)境與發(fā)展大會(huì)后 ， 歐美國(guó)家開(kāi)始大力 發(fā)展生物質(zhì)能。主要含有碳、氫、氧及少量的氮、硫等元素。 研究目的與意義 隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民 生活水平的提高 ， 能源短缺和環(huán)境污染日益成為困擾人類(lèi)社會(huì)發(fā)展的主要問(wèn)題。 但是， 由于受經(jīng)濟(jì)因素的限制 ， 生物質(zhì)燃料的利用程度并不高。 湘潭大學(xué)環(huán)境工程系 的羅 婕 、 田學(xué)達(dá) 、 魏學(xué)鋒 對(duì)生物質(zhì) 燃料的 燃燒進(jìn)行了研究， 開(kāi)發(fā)了一 種固態(tài)氧化劑 M， 可使粉末狀生物質(zhì)燃料趨于完全燃燒 ，并且能夠再生后循環(huán)使用 。 美國(guó)得克薩斯大學(xué)的 Sami[13]綜述了生物質(zhì)與煤混燒的特性 ,混燒時(shí) NOX、SOX排放量較低 ， 并有效地降低了 CO2的排放量。 瑞典和丹麥實(shí)行利用生物質(zhì)進(jìn)行熱電聯(lián)產(chǎn)的計(jì)劃 ， 使生物質(zhì)在提供高品位電能的同時(shí) ， 滿足供熱 需求。 Sugita等 [19]研究了稻殼灰活性與其煅燒溫度之間的關(guān)系以及工程上的可行性 ， 并提出了一種制備高活性稻殼灰的新方法 —— 兩段煅燒法 ， 以避免燒結(jié)。 試驗(yàn) 儀器 試驗(yàn)所用主要儀器如表 21 所示 。 與催化劑混合燃燒時(shí)，其燃燒過(guò)程能夠維持一段時(shí)間。 本試 驗(yàn)的 初步 熱失重分析在不同溫度下進(jìn)行，將同一溫度下生物質(zhì)燃料燃燒前后質(zhì)量變化的數(shù)據(jù)，與加入催化劑的條件下生物質(zhì)燃料燃燒前后質(zhì)量變化的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。 采用三組平行試驗(yàn)同時(shí)進(jìn)行的方法，編號(hào)為 3 的坩堝均裝生物質(zhì)燃料，編號(hào)為 7 的坩堝均裝同一催化劑，編號(hào)為 1 12 的坩堝均裝生物質(zhì)燃料與催化劑的混合物。分別稱(chēng)量其煅燒前后總質(zhì)量，并記錄數(shù)據(jù)。分別稱(chēng)量 其煅燒前 后總質(zhì)量，做三組平行試驗(yàn)。分別稱(chēng)量其煅燒前后總質(zhì)量，并記錄數(shù)據(jù)。分別 稱(chēng)量其煅燒前 后總質(zhì)量，做三組平行試驗(yàn) 。 熱重分析 法 原理 熱重法是在程序控溫 條件 下 ， 測(cè)量物質(zhì)的質(zhì)量隨溫度 (或時(shí)間 )的變化關(guān)系 [20]。 圖 31 電磁式微量熱天平示意圖 1梁 2支架 3感應(yīng)線 4磁鐵 5平衡砝碼盤(pán) 6光源 7擋板 8光電管 9微電流放大器 10加熱器 11樣品盤(pán) 12熱電偶 熱重 試驗(yàn) 儀器主要由記錄天平、爐子、程序控溫裝置、記錄儀器和支撐器等幾個(gè)部分組成 [21]，其中最主要的組成部分是記錄天平，它基本上與一臺(tái)優(yōu)質(zhì)的分析天平相同，如準(zhǔn)確度、重現(xiàn)性、抗震性能、反應(yīng)性、結(jié)構(gòu)堅(jiān)固程度以及適應(yīng)環(huán)境溫度變化的能力等都有較高的要求。 167。min，最大燃燒速率及其對(duì)應(yīng)溫度分別為 mg/mg用適當(dāng)?shù)姆椒ò堰@些衍射線記錄下來(lái)就得到花樣各異的X 射線衍射圖譜。 X射線衍射儀的較確切的名稱(chēng)是多晶 X射線衍射儀或稱(chēng)粉末 X射線衍射儀 ， 運(yùn)用它可以獲得分析對(duì)象的粉末 X射線衍射圖譜。 河南科 技大學(xué)畢業(yè) 設(shè)計(jì)（ 論文 ） 24 A瞄準(zhǔn)裝置 B樣品 C狹縫 D單色器 E檢測(cè)器 XX射線源 圖 34 X射線衍射儀基本構(gòu)造 [25] X射線衍射儀按其 X射線發(fā)生器的額定功率分為普通功率 (23kW)和高功率兩類(lèi)，前者使用密封式 X射線管，后者使用旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極 X射線管 (12kW以上 )。 本 試驗(yàn) 采用的是 D8 X 射線衍射儀， D8 X 射線衍射儀是當(dāng)今世界上最先進(jìn) 的 X 射線衍射儀系統(tǒng)，它設(shè)計(jì)精密，硬件軟件功能齊全，能靈活地適應(yīng)粉末，薄膜及完全晶體的各種微觀結(jié)構(gòu)測(cè)定，分析和研究任務(wù)。所以，任何一種結(jié)晶物質(zhì)的衍射數(shù)據(jù) d和I/I1是其晶體結(jié)構(gòu)的必然反映。 167。 根據(jù)兩種顏色圖譜的峰位置可推斷，其中存在 Mn3O4。 黑色代表 2 號(hào)樣，紅色代表 3 號(hào)樣，可以看出 3 號(hào)樣的峰較 2 號(hào)樣寬，說(shuō)明 2 號(hào)樣煅燒的比較充分。得出 以 下結(jié)論： (1)通過(guò)初步熱失重分析試驗(yàn)，由得出的數(shù)據(jù)可以看出 MnO2 是一種較好的催化劑。 建議 (1)論文從宏觀上得出合適的生物質(zhì)催化燃燒的催化劑和燃燒工藝，對(duì)催化機(jī)理進(jìn)行了初步的探討，但是燃燒過(guò)程尚不清楚，有待于進(jìn)一步研究。 (3)通過(guò)物相分析試驗(yàn)可知， 未經(jīng)煅燒的 MnO2 中可能含有 Mn、gammaMnO epsilonMnO2。 對(duì)其 XRD 圖譜進(jìn)行分析，黑色代表樣品，藍(lán)色代表 Mn3O4，紅色代表MnO，可推斷其中含有 Mn3O4 及半穩(wěn)定狀態(tài)的 MnO。 圖 37 MnO2 經(jīng) 900℃ 煅燒后的 XRD 圖譜 對(duì)其 XRD 圖譜進(jìn)行分析，黑色代表樣品，藍(lán)色代表 Mn3O4，同樣 可推斷其中存在 Mn3O4。根據(jù)圖中各衍射 峰位置的顯示可推斷，其中除了含有 MnO2 以外，還可能含有 Mn、 gammaMnOepsilonMnO2。 X 射線定性相分析是將樣品和已知物相的衍射數(shù)據(jù)或圖譜進(jìn)行對(duì)比，一旦兩者相符，則表明待測(cè)物相與已知物相是同一物相。 167。現(xiàn)在，還有一些高性能的 X射線檢測(cè)器可供選擇。 高穩(wěn)定度 X射線源 ： 提供測(cè)量所需的 X射線 ， 改變 X射線管陽(yáng)極靶材質(zhì)可改變 X射線的波長(zhǎng) ， 調(diào)節(jié)陽(yáng)極電壓可控 制 X射線源的強(qiáng)度。表達(dá)這種種結(jié)構(gòu)的參量都可能用 X 射線衍射分析方法得到?？梢?jiàn)， 催化劑 MnO2 的添加提高了 鋸末 的燃燒速度， 縮短了燃燒時(shí)間， 降 低了著火溫度， 使 鋸末 的燃燒過(guò)程更集中。 熱重分析 試驗(yàn) 在上海天平儀器廠 WRT3P型熱重天平上進(jìn)行 ， 升溫速度20℃ /min， 空氣氣氛 ， 升溫終點(diǎn)為 600℃ 。在 天平一端懸掛 著一根位于吸引線圈中的磁棒，能通過(guò)自動(dòng)調(diào)節(jié)線圈電流 使 天平梁保持平衡態(tài)，吸引線圈中的電流變化與樣品的重量變化成正比，由計(jì)算機(jī)自動(dòng)采集數(shù)據(jù)得到 TG 曲線。由于線圈轉(zhuǎn)動(dòng)所施加的力與