利用闪速热解实现人工湿地植物高效转化及二次污染控制的机理研究

芦苇、凤眼莲和美人蕉是湿地系统中常用的植物，在水体修复和水污染治理中发挥着重要的作用，而适时收割这些植物将大大提高湿地的处理效率。申请者拟建立处置和利用收割后的湿地植物的闪速热解新技术，实现湿地植物的能源化和资源化利用。本课题拟研究高含水率、高N、P含量对热解产物品质和热解效率的影响；利用先进的分析手段，探索湿地植物中N、P和重金属在热解产物中的分布形态和含量变化，有毒有害物质（多环芳烃PAH、焦油和粉尘等）的形成机制及与热解条件的关系，阐明湿地植物中污染物的迁移和转化规律，为减少湿地植物能源化和资源化利用过程的二次污染提供理论支持；通过对温度、停留时间、含水率、颗粒大小等热解过程参数的优化和调控，结合过程物料衡算和能量衡算，提高湿地植物能源化和资源化利用的效率，减少二次污染物的产生。

申请者采用闪速热解技术（fast pyrolysis）处置和利用收割后的湿地植物，研究了高含水率、高灰分、高N、P含量的生物质热解特性，探索了N、P、重金属的赋存形态和转化规律，发现氮磷在热解过程中的分布不仅与热解条件相关，而且与植物种类相关；以铜为例，研究了过程中重金属的催化作用，其能有效提高生物油的二次热裂解，从而提高C7-C11有机组分的产率，与预期基本一致；阐明了湿地植物热解过程中污染物的迁移转化规律与二次污染的形成机制，优化与调控了资源化过程的反应参数，如反应器的优化设计和工艺过程的优化等；对生物油进行了提质，通过零价锌的原位加氢作用，减少生物油的酸性，增加醛和酮的含量，从而有效降低生物油的腐蚀性，同时提高生物油的热值。课题在执行期内，完成了合同书规定的计划任务。截止2012年底，受本课题资助发表的论文12篇，其中SCI一区6篇，二区6篇，另已接收发表3篇。有关重金属的催化作用和无二次污染热解方法的文章分别在Environ. Sci. Technol.发表和被nature在线子刊Sci. Rep.接收。获得有关螺旋热解反应器的授权发明专利一项。培养研究生3名，研究生分别获得国家奖学金、奥加诺二等奖、求实奖等重要奖项。本研究成果为废弃生物质包括湿地生物质的大规模能源化和资源化利用提供了技术支撑，并为植物修复过程中污染污染物的迁移转化提供基础数据。