玉米芯和松子壳的水热碳化及其产物吸附性能研究

发布时间：2018-03-29 04:24

本文选题：水热碳化　切入点：废弃生物质　出处：《大连理工大学》2015年硕士论文

【摘要】：水热碳化以生物质为原料,水作为液相反应介质,在一定温度(150-250℃)和压力(2-10 MPa)下,将生物质转化为以生物炭为主的一系列高附加值产物。所得生物炭广泛用于燃料、土壤改良、污染物脱除、功能纳米材料制备、固定CO2等诸多领域。与其他生物质热化学转化相比,水热碳化具有条件温和,操作简便等优点,在处理废弃生物质方面有着更广阔的应用。本文采用废弃生物质松子壳和玉米芯作为原料,分别在不同的水热碳化温度(180℃、200℃、230℃)下反应5 h,利用扫描电子显微镜(SEM)、红外光谱分析(FT-IR)、元素分析、含氧官能团测定等手段对所得水热炭进行了详细的表征。结果表明,生物质的水热碳化经历脱水、脱羟基等反应过程,碳含量得到富集。温度升高有利于生物质水热碳化反应的进行,所得水热炭产率不断下降,热值、能量密度得到提高。在230℃时,玉米芯和松子壳水热炭的热值与原料相比分别原样提高了35.71%、38.70%。SEM结果表明,水热碳化后的玉米芯和松子壳呈现碎片结构,温度升高后,在水热炭表面有少量炭微球生成。在温度为200℃时,分别利用Fe3+、柠檬酸作为添加剂,考察其对玉米芯和松子壳水热炭的影响。结果表明,Fe3+、柠檬酸均能促进生物质的水热碳化过程。与直接水热碳化相比,玉米芯和松子壳在添加Fe3+后所得水热炭的热值分别提高了18.91%、29.47%,添加柠檬酸的水热炭热值分别提高了40.70%、34.30%。SEM显示,添加Fe3+的玉米芯和松子壳水热炭表面生成的炭微球数量显著,且球形完整、粒径较大、表面光滑。添加柠檬酸的水热炭表面的炭微球粒径在纳米级别,呈现致密的蜂窝状。由于添加柠檬酸制备的水热炭表现出良好的物化特性。故利用两种原料添加柠檬酸后制备的水热炭对亚甲基蓝进行吸附,研究其吸附过程及动力学规律。结果表明：在pH为7.0,水热炭投加量为0.5g/L,亚甲基兰浓度为50 mg/L的情况下,添加柠檬酸后的玉米芯水热炭、松子壳水热炭对亚甲基蓝的吸附容量分别为98.6 mg/g.96.7mg/g。通过对两种动力学模型拟合显示,水热炭吸附亚甲基蓝的动力学过程能较好的拟合二级动力学模型,其中,玉米芯水热炭拟合度达到0.9998,说明制备的水热炭对亚甲基蓝的吸附以化学吸附为主。通过对两种等温吸附模型进行拟合,发现能够较好的符合Langmuir吸附等温模型,其相关系数分别为0.99797、0.99756,表明制备的水热炭吸附亚甲基蓝的过程为单分子层吸附。
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【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：X505;O647.3

【参考文献】