生物质水热炭的制备及性能研究

发布时间：2017-08-28 05:52

  本文关键词：生物质水热炭的制备及性能研究

  更多相关文章： 生物质 水热炭 重金属吸附剂 肥料缓释 N掺杂多孔炭 活性炭基体

【摘要】：水热炭化具有反应温度低,原料不受水分含量限制,耗能少,C02释放量少等优点,是一种高效的生物质预处理手段和生物质全组分转化方法。在我国,稻草、木材等生物质原料具有来源广、产量高、有效利用率低等特点。因此,将水热炭化法用于处理稻草木材等可再生生物质资源,生产高附加值材料-水热炭,系统研究不同原料水热炭的性质和其应用性能,揭示水热炭的转化生成历程,具有重要意义。本论文以稻草、落叶松锯屑和杨木锯屑为原料,经水热炭化制备稻草水热炭,采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、红外光谱分析(FTIR)、热分析(TG)等表征手段对其形貌、晶相结构、表面化学性质等进行分析；分别对稻草和落叶松水热炭进行吸附性能测试和肥料缓释性能测试；在落叶松水热炭中掺杂N元素KOH活化并进行电化学性能测试；对杨木水热炭进行C02法活化并分析其孔结构。论文主要内容如下：以稻草为原料,采用水热炭化法可以制备稻草水热炭。稻草水热炭表面含有O-H、C=O、COOH、-COC-等含氧官能团,水热炭的结晶峰强度随着水热炭化温度的升高逐渐升高。重金属离子吸附实验表明：稻草基水热炭对Cd2+和Pb2+离子的吸附能力不同,其中对Cd2+的吸附能力更强；RS220具有最高的Cd2+吸附容量(287.6mg/g); RS260具有最高的Pb2+吸附容量(213.3 mg/g)。以落叶松锯屑为原料,采用水热炭化法可以制备落叶松水热炭。落叶松水热炭表面生成炭球,随着水热炭化温度的升高,水热炭表面的炭球数量增加,而且炭球表面光滑球形良好。当水热温度升高到260℃时,水热炭的表面含氧官能团数目减少,部分微晶结构也转变成无定形结构。缓释实验表明：将水热炭La200和尿素以3：1的比例混合制得的缓释肥料(1-3)具有最好的缓释效果,五次淋溶后,总共释放68.94%的尿素量,即仍然有31.06%的尿素能够持续缓释。以落叶松水热炭为基体,以三聚氰胺为氮源,KOH为活化剂制备N掺杂多孔炭。研究表明：N掺杂多孔炭为无定形结构,锯屑表面含有C=O、-COOH、-OH和-C-O-C-等含氧官能团,同时含有含N六元环吡啶(N-6)和含N五元环叽咯/吡啶酮(N-5)这两种具有更高活性的含氮结构。电化学性能测试表明：由充放电曲线得到的四个样品的比电容大小依次是PC260PC240 (∽PC220)PC200。当电流密度为5.0 A·g-1时,PC260的比电容仍然可以达到205F·g-1,而PC200最低也能达到143.4 F·g-1。值得一提的是,PC200具有最好的电化学稳定性,当电流密度为0.1～10 A·g-1时,均能得到呈等腰三角形对称性良好的充放电曲线。以杨木锯屑为原料,采用水热炭化法制得了杨木水热炭。水热炭化温度能够影响水热炭的性质。杨木水热炭表面富含-OH,-COOH和C=O等含氧官能团。当水热炭化温度高于240℃时,水热炭的表面形貌、晶型和表面含氧官能团都发生转变。N2吸附脱附测试表明：以HC200为基体,以C02为活化气,900℃的条件下活化60min得到的活性炭材料具有最高的BET比表面积,高达2030 m2/g,同时具有最高的介孔比率和介孔比表面积,分别为52.53%和1066.77 m2/g。
【关键词】：生物质 水热炭 重金属吸附剂 肥料缓释 N掺杂多孔炭 活性炭基体
【学位授予单位】：东北林业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK6;TQ127.11
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 1 绪论11-24
• 1.1 引言11-12
• 1.2 水热炭的制备12-16
• 1.2.1 原料的影响12-15
• 1.2.2 水热温度的影响15-16
• 1.3 水热炭的性质16-19
• 1.3.1 表面化学结构16-17
• 1.3.2 热值17
• 1.3.3 微晶结构17-19
• 1.3.4 形貌结构19
• 1.4 水热炭的应用19-22
• 1.4.1 金属离子吸附20
• 1.4.2 多孔炭的制备20-21
• 1.4.3 固体酸催化剂21-22
• 1.4.4 清洁能源22
• 1.5 本课题的研究背景及内容22-23
• 1.5.1 研究背景22
• 1.5.2 研究内容22-23
• 1.6 创新点23-24
• 2 稻草水热炭的制备及重金属离子吸附性能24-32
• 2.1 引言24
• 2.2 实验部分24-26
• 2.2.1 实验设备和试剂24-26
• 2.2.2 稻草水热炭的制备26
• 2.2.3 稻草水热炭的表征26
• 2.2.4 吸附能力测试26
• 2.3 结果与分析26-31
• 2.3.1 表面形貌分析26-27
• 2.3.2 晶相结构分析27-28
• 2.3.3 FTIR结果分析28-29
• 2.3.4 重金属离子吸附性能分析29-31
• 2.4 本章小结31-32
• 3 落叶松水热炭的制备及尿素缓释性能研究32-40
• 3.1 引言32
• 3.2 实验部分32-34
• 3.2.1 原料和设备32
• 3.2.2 落叶松水热炭的制备32-33
• 3.2.3 水热炭的表征33
• 3.2.4 肥料缓释性能测试33-34
• 3.3 结果与分析34-39
• 3.3.1 表面形貌分析34-35
• 3.3.2 晶型分析35-36
• 3.3.3 FTIR结果分析36-37
• 3.3.4 缓释性能分析37-39
• 3.4 本章小结39-40
• 4 水热炭基N掺杂多孔炭的制备及电化学性能研究40-53
• 4.1 引言40
• 4.2 实验部分40-42
• 4.2.1 主要原料和试剂40-41
• 4.2.2 水热炭的制备41
• 4.2.3 多孔炭的制备41
• 4.2.4 多孔炭的表征41
• 4.2.5 电化学测试技术41-42
• 4.3 结果与讨论42-52
• 4.3.1 表面形貌分析42-43
• 4.3.2 晶相结构分析43-44
• 4.3.3 表面化学性质分析44-47
• 4.3.4 孔结构分析47-48
• 4.3.5 循环伏安曲线分析48-50
• 4.3.6 交流阻抗分析50
• 4.3.7 充放电曲线分析50-52
• 4.4 本章小结52-53
• 5 杨木水热炭的制备及CO_2法活化53-65
• 5.1 引言53
• 5.2 实验部分53-55
• 5.2.1 实验设备和试剂53
• 5.2.2 杨木水热炭的制备53
• 5.2.3 杨木水热炭的活化53-54
• 5.2.4 杨木水热炭和活性炭的表征54-55
• 5.3 结果与讨论55-63
• 5.3.1 表面形貌分析55
• 5.3.2 晶型分析55-56
• 5.3.3 FTIR结果分析56-57
• 5.3.4 热分析57-58
• 5.3.5 杨木水热炭基活性炭的孔结构分析58-63
• 5.4 本章小结63-65
• 结论与展望65-67
• 参考文献67-75
• 攻读学位期间发表的学术论文75-76
• 致谢76-77

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 ZHANG Jin-hong;LIN Qi-mei;ZHAO Xiao-rong;;The Hydrochar Characters of Municipal Sewage Sludge Under Different Hydrothermal Temperatures and Durations[J];Journal of Integrative Agriculture;2014年03期

2 苗晓杰;蒋恩臣;王佳;杜衍红;;对二甲氨基苯甲醛显色分光光度法检测水溶液中常微量尿素[J];东北农业大学学报;2011年08期

，

本文编号：747306