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《北京林业大学》 2013年
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热解炭与活化炭理化特性及其应用研究

韩彦雪  
【摘要】:热解炭具有一定的吸附能力,含碳量高、稳定性好,在环境系统和农业领域有广阔的应用前景。研究热解炭理化特性及其利用方式对于提高热解产物利用率、提升其环境效益和经济效益具有重要的意义。本文采用柳枝稷、栎木和落叶松为原料,分别通过快速热解和慢速热解制取热解炭,利用多种检测手段分析热解炭的理化特性、表征其结构特点;利用高温水蒸气进行活化制备了活化炭,考察了热解炭原料种类及制备工艺对活化炭理化特性的影响;利用热解炭/活化炭进行苯酚吸附试验,考察了比表面积和表面化学特性对苯酚吸附性能的影响,并借助傅立叶红外光谱分析探索了反应机理;利用热解炭/活化炭进行水溶液中铜锌离子的吸附试验,考察了比表面积和表面化学特性对铜锌离子吸附行为的影响;最后通过盆栽试验,研究了热解炭/活化炭与丛枝状菌根真菌之间的相互作用及对韭菜生长情况和吸收土壤中铜锌离子的影响。 本论文主要研究结论及创新点如下: (1)与木质材料制备的热解炭相比,以柳枝稷为原料制备的热解炭比表面积较低,但表面官能团种类及含量较高;快速热解不利于热解炭孔隙结构的形成,比表面积通常<10m2/g,慢速热解的反应温度对热解炭理化特性的影响显著; (2)热解炭水蒸气活化可提高其比表面积,尤其是微孔表面积,但会导致表面官能团含量显著降低;快速热解炭经过活化,吸附能力显著提高,对苯酚的最大吸附量高于28.50mg/g,可与低温(<700℃)慢速热解炭媲美; (3)研究首次发现,快速热解炭对苯酚的吸附过程会产生化学吸附,该过程稳定而不可逆;慢速热解炭和活化炭对苯酚的吸附属于物理吸附,不稳定并且可逆; (4)在一定范围内,热解炭/活化炭对重金属离子的吸附能力随溶液pH值的升高而逐渐降低;在铜锌离子的混合溶液中,热解炭/活化炭对两种重金属离子的吸附能力均降低,两种金属离子之间存在吸附竞争关系,铜离子浓度升高对锌离子吸附能力的抑制作用明显,而锌离子浓度的升高对铜离子的吸附能力影响不显著; (5)研究首次发现,在土壤中单独添加热解炭/活化炭或丛枝状菌根真菌能够减少重金属离子对韭菜的毒害,促进韭菜生长;但当热解炭/活化炭与丛枝状菌根真菌共存时,对韭菜生长的促进作用降低,甚至会产生不利影响;热解炭/活化炭会抑制丛枝状菌根真菌生长,降低其对韭菜根系的侵染率,其中快速热解炭的抑制作用最为显著,侵染率低于3%。
【学位授予单位】:北京林业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2013
【分类号】:TK6;O647.3

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