纤维板砂光粉热解半焦中氮的迁移转化特性

作者:杨柳; 吴建雯; 张书; 卫俊涛; 高雯然; 石磊; 张红; 徐德良
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磨砂粉是人造板生产过程中的主要残留物。由于胶黏剂的存在,磨砂粉中的氮含量很高,高氮含量将在其热化学转化处理和应用中造成高山污染的风险。在富氮生物质的热化学转化中,氮在半焦中固定,不仅可以降低NOx在气相中的排放,而且为制备氮掺杂功能炭材料奠定了基础。因此,研究氮在砂粉热解半焦中的迁移转化特性,对砂粉的热化学转化处理和应用具有重要意义。采用元素分析、Aristole红外光谱(FT IR)和X射线光电子能谱仪(XPS)分析了不同热解气氛和温度下制备的纤维板砂磨粉半焦中氮的迁移转化特性。研究表明,磨砂粉中的氮主要是从脲醛树脂引进的聚酰胺型氮(n-a),而脲醛树脂在热稳定性很穷。在300℃的热解温度下,只有约35%的氮保留在热解半焦中。随着热解温度的升高,热解半焦中的氮保留率将进一步显著降低,600℃时氮保留率将降至20%。虽然大部分氮被分解成挥发物,但磨粉热解半焦中的氮含量仍保持在4%左右。红外光谱分析表明,磨粉原料中存在C-N和N-H结构峰,当热解温度高于400℃时,磨粉中的氮结构变化不明显。XPS的分析结果表明,在低温热解过程中,n-a将转变为相对稳定的吡咯氮(n-5)和吡啶氮(n-6),而在高温热解过程中,氮将进一步转变为更稳定的季氮氮(n-q)和氮氧化物氮(n-X)。CO2和N2的不同热解气氛对半焦中氮官能团的转化没有显著影响。