改性生物炭作为吸附剂和催化剂载体的研究

发布时间：2017-09-20 01:20

  本文关键词：改性生物炭作为吸附剂和催化剂载体的研究

  更多相关文章： 污泥 锯末 热解 生物炭 酸洗 氨基修饰 吸附 1-萘酚 磷酸银 光催化 降解 苯酚

【摘要】：污泥和农林业废弃物是两大类广泛存在的生物质,需要寻求合理的方法来处理。热解方法可以将生物质转化为液体燃料生物油,同时有固体副产物生物炭生成。本论文以污泥和锯末为原料,热解得到污泥炭和锯末炭。并将污泥炭进一步改性处理用于吸附污水中的有机污染物；锯末炭进一步修饰改性后和光催化剂复合,用于降解污水中的有机污染物,提高了光催化效率。论文的具体研究内容和结果如下：1.大量的剩余污泥带来了严重的环境问题,热解法处理污泥可以处理污泥并且回收能源,同时会产生副产物污泥炭。我们在不同温度(300,400,500和800℃)下热解污泥,得到污泥炭SC300, SC400,SC500和SC800,进步一通过酸处理除去污泥炭中的灰分,除去灰分的污泥炭为DA300, DA400, DA500和DA800。DA对1-萘酚的吸附量随着热解温度的升高递增,DA800对1-萘酚有超高的吸附量,为666 mgg-1。另外,我们先酸洗处理污泥,在不同温度热解酸洗污泥,得到DC300, DC400, DC500和DC800。DC对1-萘酚的吸附量受热解温度影响很小。我们通过XPS, FTIR和Raman表征DA和DC的性质随热解温度变化的规律；通过SEM-EDS先扫描谱图观察SC中有机和无机元素随热解温度不同的分布变化；结合DA和DC的表征结果和吸附行为,及SC元素分布变化,我们提出了温度相关的灰分催化作用,促进形成高吸附量污泥炭的机理过程。2.光照下,Ag3PO4有高的有机物光氧化降解性能。但是,Ag3PO4颗粒粒径较大降低它的光响应能力;较高的导带点位使Ag3PO4容易被光生电子还原为Ag0,限制催化剂的实际应用。为了克服这些缺点,我们通过液相沉积法将Ag3PO4生长在氨基修饰生物炭(AMB)上,得到Ag3PO4/AMB复合材料；其中AMB是在锯末热解得到的锯末炭表面修饰氨基得到的。在AMB不存在的情况下,同样方法合成了单纯的Ag3PO4。将Ag3PO4/AMB和Ag3PO4用于光催化降解水溶液中的苯酚,AgaPO4AMB存在时,苯酚在120 min内几乎全部被降解；Ag3PO4存在时,120 min时只有50%的苯酚被降解。可见,AMB和Ag3PO4复合可以大大提高其光催化效率。我们通过XRD, SEM, SEM-EDS, Raman和XPS表征了Ag3PO4/AMB和Ag3PO4的组成和表面形貌,结果显示复合材料中Ag3PO4生长于AMB表面,AMB表面还有少量被还原的Ag纳米颗粒。紫外-可见漫反射光谱结果表明,Ag3PO4/AMB复合材料对光的吸收能力强于单纯的Ag3PO4。从电化学阻抗谱结果中可以看出AMB的引入减小了电荷传递阻力,有利于提高光生电子和空穴的分离效率。EPR结果表明Ag3PO4/AMB和Ag3PO4在光降解有机物时,·OH起主导作用,而且在碱性NaHCO3溶液促进光催化过程中·OH的生成。
【关键词】：污泥 锯末 热解 生物炭 酸洗 氨基修饰 吸附 1-萘酚 磷酸银 光催化 降解 苯酚
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ127.11
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第1章 绪论11-27
• 1.1 生物质11-12
• 1.1.1 污泥11
• 1.1.2 木质纤维素类生物质11-12
• 1.2 热解技术处理生物质12
• 1.2.1 热解机理12
• 1.2.2 热解产物12
• 1.3 热解影响因素12-15
• 1.3.1 生物质类型12-13
• 1.3.2 生物质前处理13-14
• 1.3.3 热解条件14-15
• 1.4 生物炭修饰15-16
• 1.4.1 酸/碱处理和化学氧化法处理生物炭15-16
• 1.4.2 修饰表面官能团16
• 1.5 生物炭在环境方面的应用16-18
• 1.5.1 生物炭作为吸附剂17-18
• 1.5.2 生物炭作为催化剂基底18
• 1.6 研究目的,意义和主要内容18-20
• 1.6.1 研究目的和意义18
• 1.6.2 主要研究内容18-20
• 参考文献20-27
• 第2章 高容量污泥炭吸附剂的制备及温度影响的灰分催化热解机理27-49
• 2.1 引言27-28
• 2.2 实验部分28-30
• 2.2.1 材料28
• 2.2.2 污泥和污泥炭的表征方法28-29
• 2.2.3 污泥炭的制备29
• 2.2.4 吸附实验29-30
• 2.3 结果和讨论30-42
• 2.3.1 污泥和污泥炭的表征30
• 2.3.2 超大吸附量的吸附剂30-33
• 2.3.3 影响DA吸附行为的关键因素33-38
• 2.3.4 温度相关的灰分催化热解作用38-42
• 2.4 环境影响42-43
• 2.5 小结43-45
• 参考文献45-49
• 第3章 氨基修饰生物炭和Ag_3PO_4复合提高Ag_3PO_4光催化降解污染物效率49-67
• 3.1 引言49-50
• 3.2 实验部分50-52
• 3.2.1 原料与试剂50-51
• 3.2.2 光催化剂的制备51
• 3.2.3 表征51-52
• 3.2.4 催化性能测试52
• 3.3 结果与讨论52-61
• 3.3.1 表征结果52-56
• 3.3.2 光催化效果的提升56-59
• 3.3.3 电荷分离59
• 3.3.4 光吸收59-60
• 3.3.5 机理推测60-61
• 3.4 结论61-63
• 参考文献63-67
• 第4章 结论67-69
• 致谢69-71
• 在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果71

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