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  本文關(guān)鍵詞：生物質(zhì)基碳材料的制備及性能研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《吉林大學》 2014年

生物質(zhì)基碳材料的制備及應(yīng)用研究

趙凱  

【摘要】：地球上的能源可以被儲存、轉(zhuǎn)換或以不同的方式被利用。能源資源可以分為兩種：1.不可再生資源（例如煤炭、原油、油頁巖、天然瀝青、超重油和天然氣等）；2.可再生資源（太陽能、風能、潮汐能和生物能等）。隨著全球工業(yè)的迅速發(fā)展，大量的煤炭、石油等不可再生資源不斷被消耗，造成資源的短缺，隨之而來的就是大量的CO2、SO2等有害氣體的排放，引發(fā)“溫室效應(yīng)”，造成環(huán)境污染。因此我們必須尋找一種新的能源來減少或者替代不可再生資源的消耗。 生物質(zhì)是一種真正的可再生資源，由動植物資源組成，如農(nóng)業(yè)、林業(yè)、工業(yè)以及生活廢棄物等。生物質(zhì)的利用是一個模仿自然的過程，相對于化石燃料來說它不會增加環(huán)境中二氧化碳的含量。在所有的可再生能源中，生物質(zhì)是獨特的，它有效的儲存了太陽能。此外，生物質(zhì)是唯一可以轉(zhuǎn)化為固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)燃料的可再生資源，可以代替化石資源制備一系列化工產(chǎn)品，備受世界科研工作者的青睞。 基于上述研究背景，本論文從以下幾方面進行研究： （1）以木糖為代表的五碳糖和果糖、葡萄糖為代表的六碳糖為原料，硫酸作為催化劑，在較低的溫度下經(jīng)過脫水縮合制備膠體炭。在上述原料的基礎(chǔ)上引入苯酚，以相同的反應(yīng)條件制備膠體炭。計算兩種方法得到膠體炭的產(chǎn)率和碳元素的轉(zhuǎn)化率，結(jié)果表明苯酚的引入可以提高膠體炭的產(chǎn)率和碳元素的轉(zhuǎn)化率。木糖基膠體炭、果糖基膠體炭和葡萄糖基膠體炭的產(chǎn)率分別提高了5.85%、12.75%、17.58%，碳元素的轉(zhuǎn)化率分別提高了11.06%、21.37%、27.57%。此方法還可以延伸到復(fù)雜生物質(zhì)（稻殼、玉米芯等）的利用上，實現(xiàn)資源的高值化利用。 通過XRD、TEM和FTIR的分析發(fā)現(xiàn)，單糖基膠體炭是表面光滑、粒徑均勻的碳球，而且表面帶有大量的有機官能團（C=C、O-H、C=O、C-H和C-O），并有一定的石墨化趨勢。本文在上述基礎(chǔ)上研究了膠體炭的合成機理。 （2）以膠體炭為原料，磷酸為活化劑，采用選擇性反應(yīng)和定向刻蝕造孔技術(shù)制備多孔炭。探討反應(yīng)溫度、反應(yīng)時間、浸漬比對多孔炭微觀結(jié)構(gòu)以及表面性能的影響，并確定最佳活化條件。木糖基多孔炭的最高比表面積為2160m2/g，果糖基多孔炭的最高比表面積為2180m2/g，葡萄糖基多孔炭的最高比表面積為2300m2/g，木糖加苯酚基多孔炭的最高比表面積為1325m2/g。 多孔炭具有良好的電容性能，討論活化條件對多孔炭電容的影響，并確定木糖基多孔炭、果糖基多孔炭、葡萄糖基多孔炭和木糖加苯酚基多孔炭的最大比電容分別為182.0F/g、157.6F/g、148.0F/g、158.1F/g。 多孔炭對Cr（Ⅵ）有很強的吸附能力，研究吸附條件（時間、溫度、初始濃度、吸附劑用量、pH值）對多孔炭吸附能力的影響，并確定木糖基多孔炭、果糖基多孔炭、葡萄糖基多孔炭和木糖加苯酚基多孔炭的最大吸附量分別為89mg/g、87mg/g、82mg/g、140mg/g。 用磷酸作為活化劑具有很高的產(chǎn)率，高產(chǎn)率有利于實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。木糖基多孔炭的最高產(chǎn)率為89.0%，果糖基多孔炭的最高產(chǎn)率為66.6%，葡萄糖基多孔炭的最高產(chǎn)率為68.9%，木糖加苯酚基多孔炭的最高產(chǎn)率為76.7%。 （3）以廢棄稻殼（去除木質(zhì)素和二氧化硅）為原料，經(jīng)過環(huán)氧氯丙烷、DMF、二乙烯三胺、三乙胺的改性制備高吸附性能的碳材料，研究吸附條件（時間、溫度、初始濃度、吸附劑用量、pH值）對改性稻殼吸附性能的影響，并確定吸附Cr（Ⅵ）的最佳條件：初始濃度為400mg/L，投加量為0.06g，吸附時間為12h，較低的pH和較高的反應(yīng)溫度有利于吸附量的提升。改性稻殼對Cr（Ⅵ）的最大吸附量為120mg/g。 本論文通過具體的實驗以及物理化學表征方法，研究了以單糖為原料制備膠體炭的性能、微觀結(jié)構(gòu)以及合成機理。膠體炭的制備過程中引入苯酚，可以提高膠體炭的產(chǎn)率和碳元素的轉(zhuǎn)化率。以膠體炭為原料制備高性能的多孔炭材料具有很好的電化學性能和吸附性能。廢棄稻殼經(jīng)過化學改性制備高吸附性能的碳材料，可以應(yīng)用在污水處理方面。生物質(zhì)的綜合利用可以實現(xiàn)二氧化碳的負增長，創(chuàng)造巨大的經(jīng)濟價值，為環(huán)境保護奠定基礎(chǔ)。

【關(guān)鍵詞】：
【學位授予單位】：吉林大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TQ127.11
【目錄】：

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