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《中国科学技术大学》 2011年
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热解稻壳炭基多孔材料的制备、表征及应用基础

李大伟  
【摘要】:生物质快速热解液化是一种高效的生物质转化利用技术,而生物质热解炭的高值化利用,是该技术产业化应用的关键影响因素之一。快速热解稻壳炭(PRH)是一种典型的生物质热解炭,但目前关于PRH高值化利用的研究报道较为少见。本文针对PRH制备多孔炭及多孔二氧化硅,开展的主要研究及取得的创新性结果包括:(1)提出了CO_2活化—碱液常压沸煮工艺高效利用PRH,可以在无机碱不需加热至高温且用量较小的情况下制得中孔率达79%、50%的活性炭,还可以联产硅酸钠或多孔二氧化硅;(2)研究了中孔率不同的两种自制活性炭对亚甲基蓝的吸附特性;(3)采用聚乙二醇为模板剂,H3PO4为酸化剂,在10 h内制得了比表面积高达1018 m~2/g的稻壳炭基多孔二氧化硅;(4)首次研究了稻壳炭基多孔二氧化硅对Cu(Ⅱ)的吸附特性。具体内容如下: 1、CO_2活化-碱液常压沸煮工艺制备高中孔率的稻壳活性炭 提出先用CO_2活化PRH的炭化物,再用碱液常压沸煮,制取活性炭;通过正交试验考察了制备条件对活性炭碘值的影响;探讨了孔隙发育机理。结果表明,采用该工艺,无机碱不需经历高温过程,利于降低耗碱量,并可制得中孔率高达79%的稻壳活性炭,其孔容积、比表面积分别达到0.783 cm~3/g、899 m~2/g;CO_2活化时间对活性炭碘值的影响最大;孔隙发育机理主要在于CO_2脱除了炭基体中的C,使得孔隙初步发育,之后,碱液沸煮脱除了二氧化硅,使得孔隙进一步发育。 2、热解稻壳炭联产硅酸钠和活性炭 为以较低的耗碱量在常压下联产出二氧化硅含量高、模数大的硅酸钠,以及比表面积大于800 m~2/g的活性炭,采用Doehlert实验设计、Derringer渴求函数、响应面模型相结合的方法优化CO_2活化-碱液常压沸煮工艺。结果表明,最佳联产条件为取用1 mol/L的NaOH溶液、9.7 mL/g的液固比;该条件下可得模数为2.6的硅酸钠,以及比表面积为897 m2/g、中孔率为50%的活性炭;该活性炭对苯酚及Ni~(2+)的吸附量均显著超越了优质商业活性炭。 3、不同中孔率的稻壳活性炭对亚甲基蓝(MB)的吸附特性 通过批量吸附实验,考察了中孔率为79%、50%的自制活性炭对MB的吸附特性,结果表明,当MB的初始浓度不大于280 mg/L时,两种自制活性炭的吸附量均达到了优质商业活性炭的水平;在MB初始浓度为310-380 mg/L时,两种自制活性炭的脱除效率均高于86%。 4、热解稻壳炭快速制备大比表面积多孔二氧化硅 利用最佳联产条件下所得的硅酸钠,以聚乙二醇(PEG)为模板剂,制得了多孔二氧化硅;研究了PEG用量及pH值对多孔二氧化硅孔隙结构的影响规律及影响机理。结果表明,在较短的时间内(10 h),可以制得比表面积高达709-1018 m2/g的稻壳炭基多孔二氧化硅;增大PEG用量、降低pH值均能显著提高多孔二氧化硅的比表面积,其机理在于,增大PEG用量或降低pH值,均能显著提高PEG-二氧化硅复合材料中的PEG含量,致使更多PEG被烧除,形成更为发达的孔隙。 5、稻壳炭基多孔二氧化硅对Cu(Ⅱ)的吸附特性 以稻壳炭基多孔二氧化硅为吸附剂,在对其进行表征的基础上,通过批量吸附实验,考察了它对重金属离子Cu(Ⅱ)的吸附特性,并探讨了吸附机理。研究表明,在Cu(Ⅱ)初始浓度为20-120 mg/L时,稻壳炭基多孔氧化硅对Cu(Ⅱ)的最大吸附量、最高脱除效率分别达到77 mg/g、97 %;多孔二氧化硅对Cu(Ⅱ)的吸附较好地符合Freundlich等温线和准二级动力学模型;多孔二氧化硅表面硅羟基与Cu(Ⅱ)之间的相互作用,是Cu(Ⅱ)被吸附的重要原因。
【学位授予单位】:中国科学技术大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TK6

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【引证文献】
中国博士学位论文全文数据库 前1条
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【参考文献】
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