2025年大學《能源化學》專業(yè)題庫——生物質熱解制備生物炭技術研究考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分）1.生物質熱解過程中，主要發(fā)生在較高溫度（通常高于500°C）的階段是（）。A.解聚B.脫揮發(fā)分C.碳化D.縮聚2.下列哪種材料通常不被認為是生物質熱解制備生物炭的合適原料？（）A.農作物秸稈B.木材C.生活垃圾D.煤炭3.在生物質熱解過程中，保持惰性氣氛的主要目的是（）。A.促進生物油的生成B.防止生物炭氧化C.提高加熱速率D.增加生物氣的產量4.生物炭具有高比表面積的主要原因是（）。A.大量元素的積累B.存在發(fā)達的孔隙結構C.高碳含量D.表面官能團豐富5.用于分析生物炭表面元素組成和化學態(tài)的常用技術是（）。A.BETB.SEMC.XPSD.FTIR6.下列哪個參數的升高通常會降低生物炭的產率？（）A.熱解溫度B.加熱速率C.停留時間D.原料水分含量7.能夠使生物質在極短的時間內達到高溫的熱解方法是（）。A.固定床熱解B.流化床熱解C.微波輔助熱解D.旋轉窯熱解8.生物炭用于土壤改良的主要機理之一是（）。A.提供植物生長所需的氮磷鉀B.增加土壤的陽離子交換量C.直接替代土壤D.改變土壤的pH值9.生物質熱解制備生物炭過程中，難以精確控制且影響產物分布的關鍵因素是（）。A.熱解設備類型B.原料預處理方式C.環(huán)境溫度D.停留時間10.目前限制生物質熱解制備生物炭技術大規(guī)模工業(yè)化應用的主要經濟因素是（）。A.生物炭市場需求不足B.熱解設備成本過高C.生物炭產率較低D.環(huán)境影響評估復雜二、填空題（每空2分，共20分）1.生物質熱解的主要產物包括______、______和______。2.提高生物炭碳含量的常用方法有______和______。3.生物炭的孔隙結構通常分為______和______兩種類型。4.為了獲得高揮發(fā)分產率的生物質熱解過程通常在______氣氛下進行。5.生物質熱解是一個復雜的______、______和______耦合過程。6.催化劑在生物質熱解制備生物炭中可以起到______、______和______等作用。7.生物炭的比表面積與其______、______和______密切相關。8.微波輔助熱解相比傳統(tǒng)熱解的主要優(yōu)勢在于______和______。9.生物炭的穩(wěn)定性包括______穩(wěn)定性和______穩(wěn)定性。10.生物質熱解制備生物炭技術的可持續(xù)發(fā)展需要關注______、______和______等方面。三、簡答題（每題5分，共20分）1.簡述生物質熱解制備生物炭的基本原理。2.簡述影響生物質熱解過程中生物炭產率和質量的主要工藝參數及其作用。3.簡述X射線光電子能譜（XPS）在生物炭表征中的作用。4.簡述生物質熱解制備生物炭技術面臨的挑戰(zhàn)之一，并提出可能的解決方案。四、論述題（每題10分，共30分）1.論述原料性質對生物質熱解制備生物炭性能的影響。2.論述生物質熱解制備生物炭技術在碳減排方面的潛力及其實現路徑。3.論述對比固定床和流化床熱解技術，在制備生物炭方面的各自優(yōu)缺點。試卷答案一、選擇題1.C2.D3.B4.B5.C6.B7.C8.B9.D10.B二、填空題1.生物炭生物油生物氣2.降低熱解溫度延長熱解停留時間3.微孔中孔4.惰性5.物理化學化學物理動力學6.降低活化能催化脫揮發(fā)分改性生物炭表面7.比表面積孔隙結構表面官能團8.能耗低反應速度快9.化學化學動力學10.技術經濟性環(huán)境友好性社會接受度三、簡答題1.生物質在無氧或低氧條件下，通過加熱發(fā)生熱解反應，分解為生物炭（固體）、生物油（液體）和生物氣（氣體）。其中，生物炭是主要目標產物，其形成過程主要包括原料中的揮發(fā)分脫除和殘留炭質的聚合、碳化過程。2.主要工藝參數包括：熱解溫度，溫度升高，生物炭產率通常下降，但碳含量可能升高；加熱速率，速率快有利于快速熱解和產率，但可能影響孔隙發(fā)展；停留時間，時間長短影響揮發(fā)分脫除程度和生物炭成熟度；熱解氣氛，惰性氣氛保護生物炭不被氧化，氧化氣氛可能導致生物炭燃燒；原料預處理（粉碎、干燥），影響傳熱傳質和反應速率。3.XPS可用于定量分析生物炭表面的元素組成（如C,O,N,H,S等）和化學態(tài)（如C-C,C-O,C=O,C-N等），從而深入理解生物炭的表面化學性質、官能團分布及其對吸附、催化等性能的影響。4.挑戰(zhàn)之一是經濟性，包括原料成本、設備投資、生物炭產品價值鏈不完善等。解決方案可能包括：開發(fā)低成本、高效率的連續(xù)式熱解技術；通過改性提升生物炭附加值，拓展應用市場；與碳交易機制結合，實現環(huán)境效益與經濟效益雙贏。四、論述題1.原料性質對熱解行為和生物炭性能影響顯著。不同原料（如木質、草本、農業(yè)廢棄物）的組成（纖維素、半纖維素、木質素含量及配比）和結構（結晶度、粒徑）不同，導致其熱解溫度范圍、揮發(fā)分和焦炭產率各異。例如，木質素含量高的原料通常在更高溫度下分解，生物油產率可能較高，但所得生物炭可能較難活化。原料的含水率影響熱解的能耗和效率，高含水率需要更多能量去除水分。原料預處理（如粉碎）能增大比表面積，加速熱解，影響生物炭的孔隙結構。2.該技術利用生物質廢棄物作為原料，將其轉化為高價值的生物炭，生物炭具有碳負效應，可以長期封存碳，有助于減緩氣候變化。實現路徑包括：優(yōu)化熱解工藝，提高生物炭產率和質量，特別是提升其碳含量和孔隙結構以增強碳封存能力；開發(fā)低成本、高效的生物炭應用技術，如將其用于土壤改良、碳捕集利用與封存（CCUS）等，形成閉合的碳循環(huán)；建立完善的政策和商業(yè)模式，激勵生物質熱解生物炭產業(yè)的發(fā)展，確保其環(huán)境、經濟和社會效益。3.固定床熱解：優(yōu)點是結構簡單、操作相對容易、設備成本較低；缺點是傳熱不均勻，容易產生局部過熱，導致生物炭質量不均，加熱速率受限，適用于小規(guī)?；驅嶒炇已芯?。流