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出版者:中国物资出版社

作者:周建斌 编

出品人:

页数:333

译者:

出版时间:2003-1

价格:18.00元

装帧:

isbn号码:9787504718327

丛书系列:

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• 木材热解与活性碳生产
• 木材热解
• 活性碳
• 生物炭
• 可再生能源
• 环境工程
• 材料科学
• 化学工程
• 碳材料
• 吸附剂
• 能源转化

木材热解与活性炭生产：技术革新与未来展望 一、 导论：可持续发展背景下的木材资源高效利用 在全球能源结构转型与循环经济理念日益深入的背景下，如何高效、清洁地利用生物质资源，尤其是木材废弃物，已成为材料科学与能源工程领域关注的焦点。木材，作为可再生自然资源，其复杂的木质素、纤维素和半纤维素结构赋予了其巨大的潜在价值。传统的木材处理方式往往以低附加值的能源利用为主，未能充分挖掘其在高端材料领域的应用潜力。 本书旨在系统梳理和深入探讨木材热解技术——这一实现木材高值化转化的核心工艺——及其在活性炭生产中的应用。我们聚焦于从基础的木质生物质结构解析入手，详细阐述不同热解条件下产物（炭、油、气）的形成机理、组分特性及分离纯化技术。通过对现有技术的批判性分析，本书旨在为木材资源的高效、环境友好型转化提供坚实的理论基础与前沿的工程指导。 二、 木质生物质的结构、性质与预处理 木材并非单一均质材料，而是由纤维素、半纤维素和木质素三大组分构成的复杂多孔体系。这三种组分的结构差异性直接决定了热解反应的动力学和产物分布。 2.1 木材的微观结构解析 本书首先详细介绍了木材的细胞壁结构、微晶排列、孔隙结构（包括大孔、中孔和小孔）及其对传热传质过程的影响。特别是，对木质素在生物质骨架中的“粘合剂”角色及其在热解过程中起到的约束和促进作用进行了深入探讨。 2.2 关键组分的热解行为差异 纤维素在较低温度（约250–350°C）下倾向于脱水和脱羰基化，生成糠醛类小分子和高活性的炭前驱体。半纤维素的分解温度略高于纤维素，主要产物是气体和低分子量化合物。木质素的解聚过程最为复杂，其自由基反应和环化重聚贯穿整个热解过程，是形成生物油和稳定炭结构的关键。理解这些差异是精确控制热解产率的基础。 2.3 预处理技术对热解效率的影响 为了优化后续热解过程，本章系统评估了物理（如粉碎粒度控制）、化学（如酸碱处理去除灰分或改性表面）和热化学（如低温预碳化）预处理方法对木材热解收率和产物特性的调控效果。重点分析了预处理如何改变传热速率、降低反应活化能，从而实现目标产物的选择性提高。 三、 木材热解反应的动力学与工艺控制 热解过程是木材转化为高价值产品的核心环节。本书对影响热解产率和产品质量的关键工艺参数进行了深入量化分析。 3.1 反应动力学模型与热重分析（TGA） 我们阐述了适用于木质生物质的非等温和等温热解动力学模型（如Avrami-Erofeev模型、扩散控制模型），并结合先进的TGA-MS/FTIR联用技术，实时追踪了关键挥发性物质（如CO, CO$_{2}$, CH$_{4}$, 水蒸气）的释放曲线，从而揭示了木材解聚的串联反应机制。 3.2 关键工艺参数的耦合影响 升温速率： 快速升温（>20°C/min）有利于提高生物油收率，抑制炭化收缩；而慢速升温有利于生产高固定碳含量的生物炭。 热解温度： 明确了不同温度区间（400°C至900°C）下，炭化产物的孔隙结构和表面化学性质的演变规律。 气氛控制： 详细对比了惰性气氛（氮气）热解与在微量氧气（介于热解与燃烧之间）或水蒸气气氛下的区别，特别是水蒸气作为传热介质和表面改性剂的作用。 3.3 连续化热解反应器设计理念 本书超越了实验室规模的批次反应器（如管式炉），重点讨论了适用于工业化生产的连续化热解反应器类型，包括流化床反应器、旋转窑和快速热解（Fast Pyrolysis）反应器。针对生物质进料的流动性、粘结性问题，提出了多级流化和气固两相流动的工程优化策略。 四、 活性炭的制备：从生物炭到高性能吸附剂 热解的最终产物之一——生物炭（Biochar），是活性炭生产的理想前驱体。本部分聚焦于如何通过后续的活化工艺，将结构相对松散的生物炭转化为具有高比表面积、优异孔隙结构和特定表面官能团的高性能活性炭。 4.1 活化理论与机理 活化是活性炭制备的核心步骤，其目的在于刻蚀掉炭材料中的无定形碳，扩大和连接孔隙，形成高导电性和吸附能力的结构。我们详细分析了物理活化（水蒸气、二氧化碳）和化学活化（磷酸、氢氧化钾、氯化锌）的作用机理。 4.2 物理活化：优选活化剂与工艺优化 水蒸气活化： 探讨了温度（750°C–950°C）对孔隙结构的影响。水蒸气倾向于产生均匀分布的中孔结构，适合催化剂载体。 二氧化碳活化： 分析了CO$_{2}$作为弱氧化剂在较高温度下的反应路径，其产物对环境友好，但活化速率较慢。 4.3 化学活化：提高比表面积与功能化 化学活化剂（如H$_{3}$PO$_{4}$）在低温下即能使木质生物炭的结构发生显著变化。本书重点比较了不同化学剂在浸渍比、预处理温度和最终热解温度下的协同效应，阐述了化学活化如何定向调控微孔（<2 nm）和亚微孔（2–50 nm）的形成。 4.4 活性炭的表征技术 为评估活性炭的性能，本书系统介绍了关键的表征手段，包括BET法测定比表面积和孔容，X射线衍射（XRD）分析晶体结构，以及X射线光电子能谱（XPS）分析表面官能团（如羧基、酚羟基）的分布和酸碱性。 五、 应用领域拓展与未来挑战 木质活性炭因其独特的来源可再生性和结构可调控性，在多个领域展现出超越传统煤基或椰壳基活性炭的潜力。 5.1 环境修复与水处理 重点研究了木质活性炭在去除水中有机污染物（如内分泌干扰物、农药残留）和重金属离子（如Pb$^{2+}$, Cd$^{2+}$）方面的吸附性能。通过对活性炭进行氮化或硫化改性，增强其对特定污染物的选择性络合能力。 5.2 储能技术：超级电容器电极材料 活性炭的高孔隙率使其成为理想的超级电容器电极材料。本书分析了热解温度如何精确控制微孔数量，从而影响电荷存储机制（法拉第过程与双电层电荷积累），并展示了如何通过石墨化处理提高材料的电子导电性。 5.3 挑战与展望 尽管技术发展迅速，工业化推广仍面临挑战，主要集中在：原料供应的标准化、连续化热解过程中的焦油沉积控制，以及如何经济有效地将活性炭应用于大规模工业流程中。未来的研究方向将侧重于集成化工艺（如耦合热解与催化转化）以及开发具有特定功能的活性炭复合材料。 结语： 本书不仅是一部技术手册，更是一份对木材资源循环利用潜力的深度探索报告，旨在推动生物质能源与材料科学的深度融合。

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当我看到《木材热解与活性碳生产》这本书时，脑海中立刻浮现出一幅幅关于可持续发展和绿色能源的画面。我设想这本书会深入探讨如何将废弃的木材转化为宝贵的资源，为解决能源危机和环境保护问题提供创新的解决方案。我以为会看到关于木材生物质能源化的前沿技术，比如如何更高效地将木材转化为生物乙醇、生物柴油等清洁燃料，减少对化石燃料的依赖。我更期待的是，书中能详细介绍木材热解过程中的各种参数控制，如何优化温度、压力和时间等因素，以获得最高能量转化效率和最少的污染物排放。同时，我也好奇书中是否会涉及活性炭在不同领域的应用，比如在水处理、空气净化、工业催化等方面的具体案例，以及活性炭的吸附机理和再生技术。总而言之，我希望这本书能描绘一幅关于循环经济的蓝图，展示木材作为一种可再生资源的巨大潜力，并为构建一个更清洁、更可持续的未来提供科学的指导和技术支持。

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这本《木材热解与活性碳生产》的封面设计就透着一股朴实无华的气息，深沉的棕色调如同未经雕琢的木材，仿佛能闻到一股淡淡的烟火味。书名醒目，但内容却让人有些摸不着头脑。我本以为会是关于木材的艺术加工，比如木雕、木工或者家居设计的，毕竟“木材”这个词很容易让人联想到那些充满手工艺和美学的领域。我甚至设想过，或许里面会有关于各种木材的特性介绍，比如橡木的坚韧，松木的清香，又或是桃花心木的光泽，以及如何根据这些特性来选择合适的木材进行家具制作，或者是创造出精美的木雕艺术品。还会不会有关于木材防腐、防虫处理的技巧，让那些心爱的木制家具能长久保持原有的风采？我更期待的是，书中能展现一些令人惊叹的木材创意应用，比如那些用天然木材打造的、与自然融为一体的建筑，或是那些充满生命力的木制雕塑。然而，当我翻开书页，看到的却是各种我从未接触过的化学反应方程式和复杂的工艺流程图，这与我最初的想象大相径庭，让我不得不重新审视这本书的真实面貌，也引发了我对“木材”这个词的更多思考。

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拿到《木材热解与活性碳生产》这本书，我的第一反应是它可能是一本关于木材科学与工程的专业教材。我设想书中会涵盖木材的物理性能，比如密度、强度、硬度等，以及化学成分，如纤维素、半纤维素和木质素的含量，以及这些特性如何影响木材的应用。我以为会看到关于木材力学性能的详细分析，包括抗拉、抗压、抗弯等方面的测试方法和数据，以及如何根据这些数据来设计木结构建筑或桥梁。我还期待书中会介绍木材的耐久性，比如如何提高木材的耐候性、耐腐蚀性，以及各种防腐防虫处理技术的原理和应用。或许还会涉及木材的改性技术，比如热处理、化学改性等，如何通过这些手段来改善木材的各项性能，使其在更广泛的领域得到应用。总之，我期望这本书能为我揭示木材作为一种重要工程材料的科学奥秘。

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收到《木材热解与活性碳生产》这本书，我一度以为这是一本关于户外探险和生存技巧的指南。我脑海里勾勒出一幅幅在野外露营、徒步旅行的场景，想象着书中会详细讲解如何在野外搭建简易庇护所，如何在没有现代工具的情况下生火取暖，以及如何利用自然资源解决食物和饮水问题。我期待着书中会有关于识别可食用植物和药用植物的知识，教会读者如何在陌生的环境中辨别危险，安全地获取生存所需的物资。我还会幻想书中会分享一些高级的野外生存技巧，比如如何在复杂地形中导航，如何利用天气变化来规划行程，甚至是如何在紧急情况下进行自救和互救。我甚至觉得，这本书或许还会包含一些关于野外摄影的技巧，教你如何捕捉壮丽的自然风光，以及一些关于尊重自然、保护环境的理念，让你在享受户外乐趣的同时，也能成为一个负责任的旅行者。

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当我看到《木材热解与活性碳生产》这本书名时，脑海里立刻联想到的是关于古老手工艺和传统文化的传承。我设想这本书可能会深入探讨古代木材加工的技艺，比如那些精巧的榫卯结构，如何不用一钉一铆地将木材牢固地结合在一起，又或是那些流传百年的木器制作工艺，如何将一块普通的木头打磨成温润如玉的艺术品。我期待书中能介绍不同地域、不同民族的木材文化，比如中国古代家具的审美情趣，欧洲哥特式建筑中对木材的运用，或是非洲部落中充满原始力量的木雕艺术。我也很好奇书中是否会讲述一些关于木材与神话传说、宗教信仰之间的联系，以及木材在不同文明中承载的象征意义。总之，我希望这本书能带领我穿越时空，去感受那些被时光打磨得愈发珍贵的木艺精髓，去体会那些融于木材之中的历史与人文的厚重。

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