硝酸改性生物质多孔炭制备及其吸附性能研究

发布时间：2017-07-31 16:05

  本文关键词：硝酸改性生物质多孔炭制备及其吸附性能研究

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【摘要】：生物质具有复杂的层级结构、发达的孔隙和排列有序的孔道。以生物质为原料可控制备具有生物形貌的多孔碳材料已成为该领域研究热点。本文以松木为研究对象,通过惰性气氛下可控炭化得到保留其完整形貌的多孔炭材料,并对这种多孔炭进行硝酸改性。论文首先研究了不同炭化温度对松木显微形貌和结构的影响并采用TG-DTG及在线自动采样气体分析仪研究了松木炭化过程中气体逸出规律。结果表明:松木在炭化过程中,由于传质传热影响,松木内部气体逸出峰温度始终高于表面气体逸出峰温度。不同的炭化温度下,多孔炭的形貌和结构也不同,炭化温度高有利于孔道内生物质的分解以及孔道的形成,但过高的炭化温度会堵塞孔口、扭曲孔道,进而破坏生物质多孔炭的孔系统。高温可促进石墨堆积的增长和具有六角或多角度蜂巢状结构的形成。在同一炭化温度下,生物质在纵向不同深度下孔形态不同,由表及里孔结构形成逐渐迟缓。再次,采用硝酸改性,研究了不同浓度硝酸对松木多孔炭相貌和结构的影响。结果表明:稀硝酸后处理可有效清除生物质多孔炭孔道内碎片并有助于内部孔道形成。随着硝酸浓度的升高,生物质多孔炭内部杂质减少,结构更加清晰,孔壁变薄。高浓度硝酸溶液有利于多孔碳在孔壁间形成穿透孔。浓硝酸的强氧化性会使多孔炭的表面破坏程度大于内部,导致生物质多孔炭部分地方坍塌,内部管束状孔道破坏。与此同时,红外结果表明,浓硝酸可以使生物质多孔炭表面官能团数量增加。最后,采用噻吩类化合物和水溶性吸附剂探索炭化温度和硝酸改性对生物质多孔炭的吸附性能影响。结果表明:随炭化温度的升高,生物质多孔炭对噻吩、碘和亚甲基蓝吸附能力增强,炭化温度为800℃得到的多孔炭吸附能力最强。与未改性多孔炭相比,硝酸改性不利于小分子的吸附(如噻吩和碘分子)。稀硝酸对大分子在多孔炭上的吸附影响不明显。浓硝酸改性多孔炭显示出对大分子(如苯并噻吩、二苯并噻吩和亚甲蓝)较高的吸附容量,苯并噻吩、二苯并噻吩和亚甲蓝在浓硝酸改性多孔炭上的吸附容量分别是未改性多孔炭的2.5倍、2倍和1.6倍。
【关键词】：生物质多孔炭 硝酸改性 吸附
【学位授予单位】：辽宁科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ127.11
【目录】：

• 中文摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 1. 绪论10-19
• 1.1 生物质资源概述10
• 1.2 生物质能源10
• 1.3 生物质组成10-11
• 1.4 生物质利用及热化学转化11-13
• 1.4.1 生物质燃烧11-12
• 1.4.2 生物质气化技术12
• 1.4.3 生物质液化技术12-13
• 1.4.4 生物质的热解技术13
• 1.4.5 生物质炭化13
• 1.5 生物质多孔炭及生物形貌多孔炭材料13-14
• 1.5.1 多孔材料13-14
• 1.5.2 多孔炭材料14
• 1.5.3 生物质多孔炭材料14
• 1.5.4 生物形貌多孔炭材料14
• 1.6 生物形貌多孔炭材料制备14-15
• 1.7 生物形貌多孔炭材料改性15-16
• 1.7.1 物理法改性15
• 1.7.2 化学法改性15-16
• 1.8 生物形貌多孔炭材料应用16-17
• 1.8.1 多孔材料制备生物形貌SiC16-17
• 1.8.2 制备生物形貌氧化物陶瓷17
• 1.8.3 木质复合生物形貌陶瓷材料17
• 1.9 本课题研究意义与内容17-19
• 1.9.1 研究意义17
• 1.9.2 研究内容17-19
• 2. 生物质多孔炭的制备及其微观结构表征19-32
• 2.1 引言19
• 2.2 实验19-21
• 2.2.1 实验试剂和仪器19-20
• 2.2.2 生物质多孔炭的制备20-21
• 2.2.3 表征21
• 2.3 结果与讨论21-30
• 2.3.1 XRD分析21-23
• 2.3.2 炭化温度对生物质多孔炭外层表面形貌的影响23-24
• 2.3.3 炭化温度对生物质多孔炭内层横截面形貌的影响24-26
• 2.3.4 炭化温度对生物质多孔炭内层纵截面形貌的影响26-28
• 2.3.5 偏光显微镜分析28-30
• 2.4 小结30-32
• 3. 硝酸改性对生物质多孔炭孔结构和形貌的影响32-40
• 3.1 引言32
• 3.2 实验32-33
• 3.2.1 实验试剂和设备32-33
• 3.2.2 生物质多孔炭硝酸改性33
• 3.2.3 表征33
• 3.3 结果与讨论33-39
• 3.3.1 XRD分析33-34
• 3.3.2 硝酸改性对生物质多孔炭内层横截面形貌的影响34-35
• 3.3.3 硝酸改性对生物质多孔炭内层横截面形貌的影响35-37
• 3.3.4 偏光显微镜分析37-38
• 3.3.5 傅里叶红外光谱分析38-39
• 3.4 小结39-40
• 4. 生物质多孔炭孔形成的过程40-47
• 4.1 引言40
• 4.2 实验40
• 4.3 结果与讨论40-46
• 4.3.1 热重分析40-41
• 4.3.2 气体逸出规律分析41-46
• 4.4 小结46-47
• 5. 生物质多孔炭吸附性能研究47-56
• 5.1 引言47
• 5.2 实验47-49
• 5.2.1 实验所用试剂及设备47-48
• 5.2.2 生物质多孔炭静态吸附48-49
• 5.3 结果与讨论49-54
• 5.3.1 噻吩类化合物在生物质多孔炭上的吸附性能49-52
• 5.3.2 生物质多孔炭对水溶性吸附质的吸附性能测定52-54
• 5.4 小结54-56
• 6. 结论56-57
• 参考文献57-61
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况61-62
• 致谢62-63
• 作者简介63-64

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本文编号：599956