芦蒿秸秆微波裂解产炭工艺的研究

刘豪志 朱灵慧 刘颖燃 宋家兴

摘 要：通过微波裂解芦蒿秸秆制备焦炭，采用四因素四水平正交实验分析，找到使得产炭率这一指标最高的最佳实验条件，以及四种因素的影响主次顺序和显著性分析，即裂解功率、裂解温度、芦蒿秸秆尺寸、以及芦蒿秸秆含水率对微波裂解芦蒿秸秆产炭率的影响程度的大小。

关键词：芦蒿秸秆；微波裂解；产炭率；正交试验

在很多领域，微波裂解作为一种新型的热解方式已经得到广泛熟练的应用。微波加热优势在于从物质内外同时加热。作为一种新型的热解技术可以使得芦蒿秸秆在微波裂解后得到炭，而炭可以既可以作为燃料，同时也可以进一步加工得到性能优异的吸附剂活性炭。活性炭的用途极其之广泛，涉及食品、医药等多个领域，农业废弃物在微波裂解领域制备焦炭进而得到活性炭具有极其可观的前景。江南地带盛产芦蒿，由于芦蒿的食用部位有限，所以大量的老化芦蒿秸秆被剩下，同时经测得芦蒿秸秆的纤维素成分很高，所以难以粉碎，用其他方法处理比较不方便，并且纤维素含量越高，热解速率越快，所以用芦蒿秸秆作为原材料微波裂解制备炭，具有远景。

一、试验部分

1.实验材料及其试验设备。选用八卦洲芦蒿秸秆作为实验材料，采用自然风干的方式，风干不同的天数获取不同的含水率。试验设备包括：JHF-3S-2L-01高温微波裂解炉、干燥箱、粉碎机等。

2.试验设计。根据微波裂解相关文献，TIan Y等人做的关于功率对生物油产率影响，我们选取裂解功率、裂解温度、芦蒿秸秆含水率以及芦蒿秸秆尺寸这四个因素作为正交实验因素，以产炭率为指标设计正交试验。表1是正交实验因素水平表。

二、试验结果与讨论

1.正交实验结果与分析

在设定好的实验因素以及实验水平下试验得到如下结果，如表2所示。

注：KA表A因素某水平的产炭率指标和；R表示某因素水平指标和极差。实验组1，5，9，13，产炭率是0，原因可能是微波功率较低，未达到裂解温度。

方差分析：列出误差分析表，如表4所示。

三、结语

微波裂解芦蒿秸秆产炭具有长远的研究意义，本次实验通过正交试验数据分析得到，影响因素的主次顺序是功率、含水率、尺寸、温度。最佳实验组合是A2B2C1D4，最佳条件下的最高产炭率是36.9%。但是方差分析F检验结果显示，因素对指标的影响不显著，原因可能是灵敏度不高，实验误差大。实验设定存在漏洞但是同样也在前任的方法上有所进步。

参考文献：

[1]万益琴，王应宽等.生物质微波裂解研究的进展.农机化研究，2010年3月，第3期.

[2]张慧，王质彬等.浅谈微波裂解技术在生物质能源中的应用[J].农产品加工·学刊，2011年，第11期.

[3]F.Motasemi，Muhammad T.Afzal. Renewable and Sustainable Energy Reviews.Journal homepage：www.elsevier.com/locate/rser.

[4]王宇迪，陈智超，Roger Ruan，林向阳，等.微波裂解柚子皮制备活性炭的研究.《可再生资源》2014年第4期.

作者简介：刘豪志（1995-8），男 ，汉族， 湖北 ，本科 ，南京农业大学农业机械化及其自动化专业 ，研究方向：微波技术 。