农林生物炭的改性及其在生物燃料与电化学传感中的应用

发布时间：2020-03-20 04:04

【摘要】：生物炭是一种将生物质在高温缺氧或者无氧的条件下进行裂解而得到的固体产物,在面临能源缺乏和环境污染双重压力的当今社会,生物炭由于具有绿色可再生性、热值高、灰分少、污染小等优点,被广泛研究用于替代化石燃料。生物炭有比表面积大、独特的孔隙结构等结构性能,使它在农业、气候等一些领域被广泛使用,如:水源净化、农药吸附、重金属吸附和农作物增产等方面。传统的生物炭粒径比较大,不能直接分散在水中,所以制备微纳米生物炭利于生物炭材料在电化学传感方面的应用。本论文用不同生物质(柳杉、锯木屑与竹屑、秸秆等)制备生物炭,用来研究生物炭在燃料方面的作用。同时,通过把生物炭进行研磨、活化等一些加工步骤,得到微纳米生物炭或活化纳米生物炭,用来与其他材料复合构建成电化学传感器,以用来检测动物血清中的维生素K_3(VK_3)和重金属(Pb~(2+)、Cd~(2+)、Hg~(2+)),以下为对新构成的传感器的选择性和实际应用等一些性能进行了检测。研究结果如下:(1)制备柳杉成型生物炭燃料、锯木屑与竹屑复合成型生物炭炭以及香樟成型生物炭燃料,并通过实验得知成型生物炭具有密度大、热值高、灰分低等优点,为变废为宝、改善环境、寻找新能源等方向提供了理论可行性。(2)将秸秆微纳米生物炭与聚苯乙烯磺酸盐(PSS)、聚3,4-乙撑二氧噻吩(PEDOT)、1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐([EMIm][BF_4])复合,得到BC-PEDOT:PSS-[EMIm][BF_4]复合材料,得到一种新的电化学传感器用来检测动物血清中的VK_3,实验在0.2到60μmol/L浓度范围内,呈现优良的线性关系,得到检测限(LOD)和定量限(LOQ)分别为0.06μmol/L和0.2μmol/L。结果证明构建的电化学传感在检测动物血清中的VK_3具有一定的可行性,这也为检测动物血清中的VK_3提供了一种方法。(3)通过对柳杉生物炭或者香樟生物炭进行加工改良成功制备了活化纳米生物炭,并将柳杉活化纳米生物炭与聚3,4-乙撑二氧噻吩(PEDOT)、羧甲基纤维素钠(CMC)复合,并构建成一种新的电化学传感器用来同时检测重金属(Pb~(2+)、Cd~(2+)、Hg~(2+)),在Pb~(2+)的浓度从0.2到20.0μM,Cd~(2+)的浓度从0.6到60.0μM时,表现出很好的线性关系,其中对于Pb~(2+)来说,计算出这LOD和LOQ分别为4.304 nM和14.35 nM。对于Cd~(2+)来说,计算出这LOD和LOQ分别为7.741 nM and 25.8 nM。实验证实了BC-PEDOT-CMC复合材料具有良好的灵敏度和潜在的实际应用价值在关于检测痕量重金属离子方面。
【图文】：

生物炭

生物炭的应用燃料随着社会的飞速发展，化石能源能源越来越匮乏，，同时环境污染越来越料是一种理想能源能去替代化石能源的使用，因而被国内外科技工作者究。近年来，生物炭燃料作为农林废弃物综合利用的一种新途径，在一定程质燃料的散抛型、低密度的能源形式存在问题。生物炭具有极高的碳含，热值高，无烟无尘、无味、无污染、不爆炸、易燃，生物炭有着巨大质能源。目前将生物炭压缩成型生物炭燃料能很好的解决生物质燃料存成型生物炭燃料的热值达到或甚至超过煤燃料的标准，这是值得期待的严重不足的问题。吴琪琳等以板栗壳为原料，在 550～750 ℃温度范围含量为 83%～91%，生物炭的热值为 30～35 MJ/kg，达到了 GB/T176的标准[18]。目前，生物炭成型燃料已作为高端生物燃料形式远销日本、达国家使用，生物炭成型燃料的产业化主要有从左往右依次为棒状、颗三种生物炭燃料，具体如图 1-1 所示。

去除机制,生物炭,重金属污染

1 绪论1.2.2 重金属吸附重金属原义是指比重大于 5 的金属(密度大于 4.5g/cm3的金属)[19]，包括金铁、铅等。重金属或者重金属化合物造成的环境污染问题为重金属污染。主要石、金属冶炼或加工、污水灌溉、化石燃料燃烧、化肥农药的使用和使用重金品等人为因素所致[20]。重金属污染不同其他一些污染。不少有机化合物的污染自然界自身净化，将有害性降低甚至除尽。而重金属具有长期性、富集性，在中很难自我降解或者人为降解。重金属污染主要表现在水污染中，还有一部分是在大气和固体废物中。孟12500 万人口中有 3500-7700 万人在饮用被污染的水[21]。目前，重金属污染问峻，对环境污染很严重，并且危害着动植物的健康，同时，也能通过食物链而在人体，因此重金属污染被全世界高度关注重视，急需解决重金属污染问题，属治理技术成为了世界研究热点。
【学位授予单位】：江西农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X71;TP212.2

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