造纸污泥热化学处理的研究进展

材料与生物炭[2]等吸附剂。

1.1 热解特性与反应动力学

造纸污泥热解的主要产物包括焦油、炭、H2O、CO2以及CO、H2、CH4等，并随热解条件的变化而不同。根据Arrhenius定律，造纸污泥热解的动力学方程如下：

dαdt=kf（α）=Ae-ERT（1-α）n（1）

α=m0-mm0-m∞（2）

式中，α为反应转化率;m0为样品初始质量，mg;m为反应中某时刻样品的质量，mg;m∞为反应完成后样品的残余质量，mg;t为反应时间，min;A为指前因子，min-1;k为Arrhenius方程速率常数，k=Aexp（-E/RT）;E为反应活化能，kJ/mol;R为理想气体常数，8.314 J/（mol·K）;n为总反应级数。

蒋旭光等[3]利用热重分析研究了造纸污泥的热解动力学，发现造纸污泥的热解是一级反应过程，并推导出造纸污泥的热解动力学方程为dw/dt=4040exp（-8636/T）（1-w），为更进一步建立造纸污泥燃烧过程的数学模型奠定了基础。Vamvuka等[4]的研究发现，在造纸污泥热解过程中，不同质量损失峰对应不同的组分，其中280～400℃之间的峰是由半纤维素和纤维素热解造成的，在700～800℃之间的峰是由于CaCO3的分解。陈江等[5]的研究发现，造纸污泥的热解分为3个阶段：水分析出、挥发分析出、剩余有机物与矿物质分解，升温速率（10和20℃/min）对造纸污泥热解质量损失率的影响不明顯。赵长遂等[6]发现，由于缓慢加热条件下碳化反应较强，随着升温速率的提高，造纸污泥的总挥发率增加，热解残渣中的碳含量降低。刘贤淼等[7]研究了脱墨污泥的热解特性，发现脱墨污泥的热解包括水分析出、有机物质析出、矿物质分解和残留灰分这4个阶段，通过傅里叶变换红外光谱（FT-IR）发现，脱墨污泥中可能含有高岭土矿物质和苯环类有机官能团。

Lou等[8]采用热重分析与气相色谱-质谱联用仪对脱墨污泥的热解产物进行了研究。结果表明，脱墨污泥的质量损失过程由脱水、挥发分析出、碳分解和CaCO3分解4个阶段组成。热解的气体产物产率为29.78%，主要包含H2、CH4、CO、C2H2、C2H4;液体产物产率为24.41%，主要含烷烃、芳烃和茚/萘等成分;固体产物产率为45.81%，含有大量CaCO3。Devi等[9]对造纸污泥热解产生的生物炭进行了分析，发现随着热解温度的升高，热解产生的生物炭产量降低，高含量的CaCO3在热解过程中分解成CaO与CO2，导致生物炭的表面积增大;FT-IR光谱显示，造纸污泥中的酸性官能团随着热解温度的升高而减少，导致生物炭的碱性增强。

Reckamp等[10]在200～300℃条件下研究了造纸污泥的酸水解和热还原预处理对热解产物的影响;结果表明，预处理使造纸污泥热解的生物油产量降低，但左旋糖酮含量增加17倍，酸、醛和酮的总含量降低，生物油质量得到提高。Méndez等[11]发现，再生纸造纸污泥和脱墨污泥的CaCO3含量较高，纤维素含量较低，CaCO3对造纸污泥的热解有促进作用，并且纤维素含量的提高会降低热解初始温度与最大质量速率温度，因此这两种污泥呈现出与原浆造纸污泥或纤维素不同的热解特性。

1.2 催化热解

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