生物质水热炭的制备及性能研究
水热炭化具有反应温度低，原料不受水分含量限制，耗能少，CO2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CO2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PC260＞PC240（∽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0.1～10A·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CO2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。
生物质;水热炭;制备工艺;原料类型;吸附性能;肥料缓释性能;电化学性能;孔结构
东北林业大学
硕士
林产化学加工工程
刘守新
2016
中文
TK6;TQ351.277
76
2017-04-01（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）