生物质炭及其复合材料的制备及应用性能研究

发布时间：2024-01-31 19:17

　　全球范围内对传统化石资源即将枯竭的担忧持续蔓延，化石能源的大量使用也对环境造成了极其不利的影响。无论是从眼下着想，改善生存环境，还是从长远的角度考虑，探索化石资源用尽之后的出路，都应大力推进化石能源绿色替代品的开发，以及生物质等可再生资源的综合利用。 在前期工作中，课题组对稻壳的稀酸水解液脱水制备糠醛的项目研究已经取得重要进展，具有良好的产业化前景，然而，剩余的水解渣没有得到充分利用，制约了项目的产业化进程。因此，本论文以综合利用水解渣中富含的二氧化硅、木质素和纤维素为目的，探索了水解渣的各种利用方法，开展了系列实验研究工作：以稻壳的稀酸水解渣为原料，制备生物炭、炭包覆二氧化硅核壳材料、木质素/二氧化硅杂化材料、炭/二氧化硅双相材料、纳米二氧化硅材料和多孔炭材料等，为稻壳水解渣的资源化综合利用提供了实验依据。 本论文的主要工作思路概括于以下流程图中： 具体研究内容有： 1.同步液化水解渣中的木质素和二氧化硅，采用共沉降法制备木质素/二氧化硅杂化材料。以该杂化材料为前驱体，有氧条件下高温热处理除去木质素之后可以得到纳米二氧化硅材料。将杂化材料在无氧条件下高温热处理，得到生物炭/二氧化硅双...

【文章页数】：142 页

【学位级别】：博士

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摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 生物质的主要成分
        1.1.1 纤维素
        1.1.2 半纤维素
        1.1.3 木质素
    1.2 生物质的转化与利用简介
        1.2.1 由生物质制备液体燃料
        1.2.2 由生物质制备高分子材料
        1.2.3 由生物质制备纳米材料
        1.2.4 由生物质制备有机小分子
    1.3 新型碳材料的应用简介
        1.3.1 石墨烯传感器
        1.3.2 多孔炭超级电容器
        1.3.3 炭基催化剂
    1.4 生物炭概述
        1.4.1 生物炭的制备方法
        1.4.2 生物炭的应用价值
    1.5 本论文的研究目的和意义
    参考文献
第2章 木质素/二氧化硅杂化炭化材料的研究
    2.1 引言
    2.2 试剂与仪器
        2.2.1 试剂
        2.2.2 仪器
    2.3 实验方法
        2.3.1 碱提取液的制备
        2.3.2 木质素/二氧化硅杂化材料的制备
        2.3.3 炭/二氧化硅双相材料的制备
    2.4 结果与讨论
        2.4.1 复合材料的组分含量变化
        2.4.2 比表面积与孔径分析
        2.4.3 扫描电镜分析
    2.5 本章小结
    参考文献
第3章 木质素炭材料的研究
    3.1 引言
    3.2 试剂与仪器
        3.2.1 试剂
        3.2.2 仪器
    3.3 实验方法
        3.3.1 木质素的沉降
        3.3.2 木质素的水热预处理
        3.3.3 预处理木质素的炭化反应
        3.3.4 工作电极的制备
    3.4 结果与讨论
        3.4.1 炭化温度对产品性质的影响
        3.4.2 预处理的作用
        3.4.3 预处理条件对产品性质的影响
    3.5 本章小结
    参考文献
第4章 纤维素水解制备生物炭的研究
    4.1 引言
    4.2 试剂与仪器
        4.2.1 试剂
        4.2.2 仪器
    4.3 实验方法
        4.3.1 纤维素的水解方法
        4.3.2 糖浓度的测定方法
        4.3.3 水解率、炭产率的计算
    4.4 结果与讨论
        4.4.1 液固比对纤维素水解的影响
        4.4.2 磷酸用量对纤维素水解的影响
        4.4.3 磷酸用量对生物炭的影响
    4.5 本章小结
    参考文献
第5章 生物炭包覆二氧化硅核壳材料的研究
    5.1 引言
    5.2 试剂与仪器
        5.2.1 试剂
        5.2.2 仪器
    5.3 实验方法
        5.3.1 二氧化硅的制备
        5.3.2 糖酸液的制备
        5.3.3 生物炭原位包覆二氧化硅的制备
        5.3.4 酸度和糖浓度的测定
        5.3.5 TEM 待测样品的制备方法
    5.4 结果与讨论
        5.4.1 二氧化硅的形貌
        5.4.2 最佳包覆条件的考察
        5.4.3 包覆产物的形貌
        5.4.4 包覆产物的红外（FT-IR）分析
        5.4.5 硫酸的循环利用研究
    5.5 本章小结
    参考文献
第6章 生物炭/锰复合材料的研究
    6.1 引言
    6.2 试剂与仪器
        6.2.1 试剂
        6.2.2 仪器
    6.3 实验方法
        6.3.1 炭载体的制备
        6.3.2 浸渍法制备炭/锰复合材料
        6.3.3 高温高压法负载二氧化锰
        6.3.4 工作电极的制备
    6.4 结果与讨论
        6.4.1 浸渍法炭/锰复合材料的表征
        6.4.2 高温高压法活性炭/锰复合材料的表征
        6.4.3 高温高压法生物炭/锰复合材料的表征
    6.5 本章小结
    参考文献
结论与展望
作者简介及在学期间所取得的科研成果
后记和致谢



本文编号：3891405