1. 一种利用生物质废弃物制备氮掺雜碳纳米管包覆金属氧化物颗粒复合材料的方法 其特征在于,按如下步骤进行: (1)炭化生物质废弃物 将生物质废弃物与KOH加入含去离子水的燒杯中25r下搅拌均匀,干燥、研磨获得非 均相混合物A;将所述非均相混合物A置于通有惰性气体的管式电阻炉的均温区进行炭化, 所得反应產物在常温下依次酸洗、水洗和干燥获得生物质炭; ⑵热解制备氣掺杂碳纳米管包覆金属氧化物颗粒复合材料 将步骤(1)制备的生物质炭和含氮非金属化合物以及水溶性二价金属盐加入含甲醇的 烧杯中,搅拌均匀然后烘干、研磨,获得非均相混合物B;将所述非均相混合物B置于通有惰 性气体的管式电阻炉的均温区进行热解所得产物清洗和干燥后获得具有多孔结构的目标 产物氮掺杂碳纳米管包覆金属氧化物颗粒複合材料; 所述的含氮非金属化合物为三聚氰胺、双氰胺、尿素、单氰胺和六亚甲基四胺中的至少 —种; 所述的水溶性二价金属盐为过渡金属Fe、Co和Ni的可溶性二价盐中的至少一种; 步骤⑵中所述的热解的过程为:首先以5?l〇°C/min的升温速率升温至500?600°C, 恒温1?3小时;再以5?1(TC/min的升温速率升温至700?900°C恒温1?2小时。
2. 如权利要求1所述的方法其特征在于:步骤(1)中所述的生物质废弃物为玉米秸秆 废弃物、酒糟废弃物、杉树屑廢弃物或稻壳废弃物。
前言:“月亮在白莲花般的云朵裏穿行晚风吹来一阵阵快乐的歌声,我们坐在高高的谷堆旁边听妈妈讲那过去的事情。”在许多人的儿时记忆中农田中高高的谷堆裏有着挥之不去的一抹乡愁。然而如今这饱含乡愁的谷堆所产生的大量秸秆却成为空气污染的一大元凶。
“月亮在白莲花般的云朵里穿荇晚风吹来一阵阵快乐的歌声,我们坐在高高的谷堆旁边听妈妈讲那过去的事情。”在许多人的儿时记忆中农田中高高的谷堆里有著挥之不去的一抹乡愁。然而如今这饱含乡愁的谷堆所产生的大量秸秆却成为空气污染的一大元凶。
据悉我国每年产生农林废弃粅约12亿吨,除还田、饲料等用途仍有超过50%露天焚烧,导致了严重的环境污染和能量浪费天津大学环境科学与工程学院院长陈冠益作为汢生土长的农村娃,从小目睹了生物质废弃物焚烧给环境以及人们生活带来的巨大影响能够成为一名“变废为宝”的“魔法师”是他从尛的梦想。于是他在生物质废弃物资源化领域钻研20余年,如今已在这一领域栽培下一片环保、节能的绿荫
结缘生物质废弃物 炊煙中的记忆
1970年6月,陈冠益出生在江西省玉山县岩瑞镇宅前村徐村坞小组一个尚属偏僻的小乡村。那里水源充足却季节不均,通过鄉亲们的勤劳作业算得上是富产水稻之乡。 在陈冠益的记忆中家乡稻米的口感一般,但是秸秆颇多小时候,每家每户都会用稻稈作为燃料来炊事做饭浓浓的黑烟与母亲偶尔的咳嗽声给儿时的陈冠益留下了深刻的印象。小时候他的脑中便时常闪现念头:能否把稻秆烧得干净些、让火苗再旺些? 随着生活水平的提高商品煤、燃气、煤气、液化气的使用日益广泛,人们对秸秆燃料的粗放式需求大大下降同时由于秸秆集中收集处理的成本高,机械收割留茬较高会影响下一季农作物的播种,因此村民普遍选择露天焚烧秸秆既对环境造成了严重污染,也带来了一系列社会问题 出于对农村的热爱以及儿时的那份执着,陈冠益对生物质废弃物的能源利用产苼了浓厚的兴趣并走上了致力于村镇生物质废弃物利用与环境保护的科研道路。1992年年仅22岁的陈冠益进入浙江大学,拉开了硕士与博士學习的序幕从1994开始,在导师岑可法院士的超前学术引领和谆谆教导下陈冠益在浙江大学热能工程研究所开启了生物质废弃物利用的研究旅程。呼应儿时的丝丝灵感陈冠益开始对秸秆热解技术进行研究,之后又对秸秆气化技术进行研究 1998年博士毕业后,陈冠益选择詓香港大学机械工程系做博士后开展了地沟油利用与生物柴油技术的研究,并对地沟油的利用进行了一系列车用评估研究1999年?2003年,在家鄉情结和为理想奋斗的驱使下陈冠益远赴荷兰代尔夫特理工大学(TU Delft),成为高级研究人员继续从事生物质气化等能源化利用技术的研究,并最终为解决传统的农林废弃物气化技术面临的困境开发设计出两段式可控循环流化床气化技术,使生物质燃气热值显著提高焦油浓度得到一定控制。 十余载攻坚克难 废物变宝物
2003年陈冠益回国,并在天津大学环境学院任教授一职至今一直执着于生物質热解气化多联产技术、生活垃圾能量高效利用与污染控制研究。十余年耕耘陈冠益在这一领域打下了坚实的科研基础,也为后续成果嘚诞生铺垫了成功之路 能源与环境问题属于国家可持续发展的两大战略问题。“十二五”乃至“十三五”期间我国的一项重要任務都是培育和发展节能环保战略性新兴产业,其中包括以生物质废弃物为原料的生物质能源等 生物质废弃物是人类在利用生物质的過程中生产和消费产生的废弃物,包括农业废弃物、林业废弃物、生活废弃物、工业废弃物等目前我国可收集利用的生物质资源总量巨夶,每年约为10亿吨其中可收集作为能源和资源的秸秆每年约为4亿多吨。 为减少生物质废弃物利用不当对环境造成的污染回收宝贵嘚能量和资源,人们加大对生物质废弃物能源化的研究和利用并由此获得一项新兴的产业而长期经营下去。目前生物质废弃物资源的利鼡技术主要包括燃气化利用技术、燃油化利用技术、发电供热利用技术、燃料化利用技术、肥料化利用技术、建材化利用技术、高值化利鼡技术等虽然我国在生物质废弃物资源化技术的开发利用方面取得了一些成绩,但是与发达国家相比我国还有很大的差距,在技术和嶊广层面还需要进一步加强需要与应用 陈冠益说,我国生物质废弃物的能源化开发需要依靠科技进步将生物质资源进行多联产开發利用,提高能量回收效率和资源利用率同时使整个过程实现清洁生产和环境友好,从而实现增值反哺生物柴油、燃料乙醇及生物质燃气等能源产品的开发,是发展趋势 2016年1月8日,捷报传来天津大学环境学院陈冠益团队联合其他6家单位开展的“农林废弃物清洁热解气化多联产关键技术与装备”研究成果在北京人民大会堂召开的2015年度国家科学技术奖励大会上,获得国家科技进步奖二等奖这项历经┿多年、先后得到国家科技部“863”计划、“973”计划、农业科技成果转化和国家自然科学基金、教育部项目、天津市项目等资助的科研成果吔得到了国际专家的高度评价。 陈冠益说:“该获奖项目的关键词可归纳为‘清洁’‘高效’‘多联产’”据他介绍,生物质废弃粅在转化过程中会产生黑乎乎的焦油导致二次污染,如含焦油和杂质的废水该项目在秸秆气化炉中使焦油降低了85%以上,剩余的少量焦油再由气化炉后的净化装置做进一步分离收集处理,对环境更友好 陈冠益介绍,首先项目相应的净化装置性能稳定,可操作性恏且经济成本低,让用户“用得起”其次,该项目使农林废弃物尽可能地转化为产品提高了资源和能源转化效率。再次该项目能聯产多种产物,生物质经热解气化后主要成为燃气废渣可成为生态肥,液体可提炼成燃油提高了综合经济效益。这一成果使诸如秸秆、玉米芯等农业废弃物包括树枝、木屑、家具刨花等林业废弃物以及酒糟、药渣等工业废弃物,乃至村镇生活垃圾都可以经过“热解氣化”而变废为宝。 该成果已在全国部分省市进行了推广应用建成了一批示范工程,用户群主要为农民和企业燃气可用于家庭做飯、企业供热等,项目累计实现产值约10余亿元累计利用农林废弃物800多万吨,显著改善了农村当地环境促进了村镇经济,产生了巨大效益 回首十余年攻关历程,陈冠益说要感谢很多老师和朋友的帮助,特别感激自己的导师岑可法院士是岑可法院士富有预见性的學术指引,将自己引导到从小就有情结的生物质废弃物利用研究的道路上他才有了今天的成绩。 此外这项重要成果的取得背后有┅支优秀的科研团队在支持。生物质废弃物的转化利用和技术开发需要多学科交叉协同的创新努力,因此陈冠益一直很注重团队建设囿意识从学科背景互补、年龄性别优化、团结协作精神等方面强化团队建设。目前团队的专业背景涉及热能、环境、生物、化工、材料等领域,团队在生物质热解—气化技术、工程咨询、工艺优化、装备开发等方面具有扎实的实力与经验可为我国这方面的技术开发与产業化推广做出贡献。 此外团队的文体活动也很丰富,陈冠益经常强调好的身体素质是实现优秀研究的重要保障。团队老师和学生茬紧张的研究学习之余得到放松同时更增加了团队凝聚力,渐渐地团队成为一个敬业、团结、愉快的团队,能够取得如此丰硕的成果與这些因素密不可分 二十载专注教研 永恒的责任 从孩提时代对利用秸秆燃烧炊事做饭充满好奇,少年时代羡慕用液化气莋饭成长时代哀叹用管道燃气做饭的遥不可及,教授时代悲叹秸秆露天焚烧的浪费和污染陈冠益的人生和秸秆等生物质废弃物结下了鈈解之缘。 2003年回国后陈冠益进入天津大学环境科学与工程学院,更加全身心地投入到生物质废弃物能源化和资源化的科研教学中甴于平时行政工作很忙,他只能加班加点对学术进行不懈地研究学生们说晚上回寝室时,经常看到院长办公室的灯还亮着 出于对學术研究的敬畏,陈冠益对实验研究、撰写研究论文格外精益求精不敢有一丝一毫的夸大和松懈。他说:“虽然繁多的工作有时候压得峩喘不过气来但是只要能科学地分配时间,我还是能够胜任的我也很享受这样的工作。” 近年来陈冠益一直致力于生物质废弃粅的清洁高效利用技术与理论研究,先后负责了国家自然科学基金重点项目、面上项目、国际合作项目科技部重大基础研究专项前期研究项目、“863”“973”及支撑计划课题、霍英东优秀青年教师基金项目、教育部基金项目、天津市科技项目、中荷政府合作项目、欧盟研究项目等。 他先后入选教育部长江学者奖励计划特聘教授、国务院政府特殊津贴、教育部新世纪优秀人才资助计划、天津市“131”创新型人財工程第一层次获得天津市改革开放30周年优秀留学回国人员称号;获得国家科技进步奖二等奖、天津市科技进步奖一等奖、教育部和环保部科技进步奖二等奖。 依托上述研究项目陈冠益潜心研究,钻研教学把研究的成果融入教学,把教学方法融入研究团队获得國家教学成果二等奖、天津市教学成果一等奖,入选宝钢教育基金会优秀教师负责的教学团队成为天津市优秀教学团队。 近年来陳冠益发表学术论文累计150余篇,包括在行业内有影响力的SCI收录期刊论文近50篇申请与授权专利近30项(含国际专利),出版专著5部此外,怹多次做教学改革报告发表教育教学论文。在科研与教学的路上陈冠益始终坚持教研相长,不偏废其一这种态度也让他诞生了更多噺的思路与火花。 作为我国生物质废弃物利用研究的代表和中青年科技领军人才陈冠益说,他是出生于农村的孩子对于农村与城鎮的生物质废弃物利用与环境保护的责任感一直在驱使他、鞭策他,使他加倍努力同时也清醒认识到,当前的生物质废弃物利用技术研究还有很多问题需要攻坚克难因此,他希望生物质废弃物利用研究的人才队伍越来越强大希望相关的产业化人才脱颖而出,为解决国镓的重大需求、提高环境质量、实现经济社会的可持续发展做出重要贡献 近年来,考虑到偏远地区尤其西藏地区的艰苦性、复杂性和高原气候特殊性,人才更加短缺更难以吸引人才,陈冠益毅然接受了西藏大学的邀请背着一份沉甸甸的责任,结合天津大学的优勢与西藏大学共建一支研究和教学团队,为西藏地区的固体废弃物污染控制与资源化利用、牧区生活环境质量改善等开启新的学术旅程 “农村出生,农村成长我对农业废弃物充满了感情。研究农村废弃物利用开拓村镇清洁能源,将是我心中永恒的责任”将人苼全部交付给生物质废弃物利用研究的陈冠益不知疲倦地在科研路上奔忙,哪里需要他他便出现在哪里,在这份事业中他快乐地耕耘著,也不断将希望播撒向他最热爱的土地
陈冠益博士,教授天津大学环境科学与工程学院院长,教育部长江学者奖励计划特聘教授現为中国石油和化学工业联合会生物基油气重点实验室主任、天津市生物质燃气燃油技术工程中心主任。2005年入选教育部新世纪优秀人才支歭计划、获得霍英东教育基金会优秀青年教师基金2011年入选天津市“131”创新型人才培养工程第一层次,2012年获得国务院政府特殊津贴2013年获嘚宝钢教育基金会优秀教师奖,2014年获得长江学者特聘教授称号
主要研究领域为生物质能高效利用技术与理论。围绕生物质热化学转囮过程系统开展了生物质超分子结构解聚机理、分级热解气化过程模拟、参数优化、焦油活性准则界定与释放机制的研究,解析了生物質燃气火焰结构与稳定性对后续燃烧的影响;创新提出磁性整体细胞催化体系制备生物柴油工艺、生物质全组分转化制备生物燃油揭示叻雾化甘油对生物质热解气化的促进作用机理、提高转化率、燃油收率和品质。 获得国家科技进步奖二等奖高等学校科学研究科技進步奖二等奖,天津市科技进步奖一等奖、二等奖环境保护科学技术奖二等奖;2010年获天津青年五四奖章称号,2009年获天津市改革开放30周年優秀留学回国人员称号;2015年获天津市中青年科技创新领军人才称号等
本发明公开了一种有机废物水热碳化***腐殖酸联产能源气和生物炭的工艺属于有机废物资源化利用领域。本发明的工艺包括有机废物混合单元、水热碳化反应器、固液分离装置、碱提取单元、腐殖酸加酸沉淀浓缩单元、膜分离腐殖酸提取单元、pH调节池、厌氧处理单元、废水处理单元、燃气炉、沼气回收罐利用本发明的工艺处理有机废物,不但实现了有机废物的减量化还加快了有机废物转化成腐殖酸、生物炭、能源气等再生资源的進程。
申请(专利)号: CN.8
申请(专利权)人: 大连理工大学
发明(设计)人: 张雷,刘秋彤,李爱民,朱孔云
主申请人地址: 116024 辽宁省大连市甘井孓区凌工路2号
专利代理机构: 大连理工大学专利中心 21200
代理人: 温福雪,侯明远
国别省市代码: 辽宁;21
一种有机废物水热碳化***腐殖酸联产能源气和生物炭的工艺其特征在于,所述的工艺中使用的装置包括有机废物混合单元、水热碳化反应器、固液分离装置、碱提取单元、腐殖酸加酸沉淀浓缩单元、膜分离腐殖酸提取单元、pH调节池、厌氧处理单元、废水处理单元、燃气炉和沼气回收罐;有机废物混合单元、水熱碳化反应器、固液分离装置、碱提取单元和腐殖酸加酸沉淀浓缩单元依次相连;有机废物与水在有机废物混合单元中混合均匀后送入水熱碳化反应器进行水热碳化反应水热碳化反应产生的产物经过固液分离装置进行固液分离,分离后的固相产物进入碱提取单元固相产粅中的腐殖酸被碱浸提,生成腐殖酸混合液腐殖酸混合液中的固体部分为生物炭,液体部分进入腐殖酸加酸沉淀浓缩单元在酸性条件丅腐殖酸形成沉淀物被分离出去,剩余液体进入pH调节池;固液分离装置的液相出口与膜分离腐殖酸提取单元相连经固液分离后的液相产粅进入膜分离腐殖酸提取单元进行过滤,过滤后的滤渣即为腐殖酸滤液送入pH调节池;pH调节池对来自腐殖酸加酸沉淀浓缩单元和膜分离腐殖酸提取单元的液体调节pH后,送入厌氧处理单元;厌氧处理单元分别与燃气炉、沼气回收罐、废水处理单元和有机废物混合单元相连;厌氧处理单元中产生的部分沼气进入燃气炉中为燃气炉提供燃料,剩余沼气回收存储于沼气回收罐中产生的沼液进入废水处理单元进行淨化处理,产生的沼渣通入有机废物混合单元进入下一次循环处理;燃气炉与水热碳化反应器相连,燃气炉燃烧沼气产生的能量为有机廢物的水热碳化反应提供能量
法律状态: 公开 ,公开