【摘要】：生物質(zhì)因成本廉價(jià)、原料來(lái)源多樣、通過(guò)光合作用可再生等優(yōu)點(diǎn)吸引了科研人員的廣泛關(guān)注,由生物質(zhì)制備碳材料也成為目前研究的熱點(diǎn)問(wèn)題。制備出的生物質(zhì)碳材料可廣泛應(yīng)用在土壤增肥、環(huán)境修復(fù)、鋰離子電池碳基陽(yáng)極材料、離子交換樹(shù)脂、吸附材料以及催化劑領(lǐng)域。在研究與應(yīng)用過(guò)程中發(fā)現(xiàn),自然界中的生物質(zhì)往往與天然礦物共存,而礦物的存在會(huì)對(duì)生物質(zhì)的炭化產(chǎn)生微妙的影響,從而影響生物質(zhì)碳材料的使用性能。然而,目前關(guān)于礦物對(duì)生物質(zhì)炭化影響的報(bào)道還不多見(jiàn),缺乏深入的認(rèn)識(shí)。因此,本文選擇兩種常見(jiàn)礦物蛋白石、高嶺石與纖維素、葡萄糖、殼聚糖和柳樹(shù)葉構(gòu)成炭化體系,通過(guò)測(cè)試炭化產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)、形貌和性能特點(diǎn)探討礦物對(duì)生物質(zhì)炭化過(guò)程的影響。本文首先將蛋白石與羥丙基甲基纖維素構(gòu)成水熱炭化體系,探討在蛋白石添加量和水熱時(shí)間改變時(shí),蛋白石對(duì)羥丙基甲基纖維素水熱炭化的影響。研究發(fā)現(xiàn)蛋白石用量的增加能夠促進(jìn)水熱炭化產(chǎn)物的形成,并使其在蛋白石表面緊密地堆積。同時(shí)蛋白石的加入也使得復(fù)合物產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定。水熱時(shí)間對(duì)產(chǎn)物的影響更為明顯。HPMC的脫水反應(yīng)主要發(fā)生在105-120 min之間,并隨著水熱炭化時(shí)間的延長(zhǎng),炭化產(chǎn)物水熱焦炭的縮聚程度不斷增強(qiáng),炭化程度不斷提高;蛋白石的存在對(duì)HPMC水熱反應(yīng)中的脫水、脫羥基和產(chǎn)生小分子的溶解過(guò)程有明顯的促進(jìn)作用;蛋白石的加入導(dǎo)致固體產(chǎn)物提前形成具有芳香化結(jié)構(gòu)的水熱焦炭,加速固體產(chǎn)物中水熱焦炭的形成;蛋白石的存有利于水熱焦炭中形成納米級(jí)水熱碳球(20-100 nm)。研究證實(shí)在生物質(zhì)水熱炭化過(guò)程中,非晶態(tài)硅質(zhì)礦物(如蛋白石)對(duì)生物質(zhì)水熱炭化有著明確的促進(jìn)效果,對(duì)固體產(chǎn)物的形成及生物質(zhì)的轉(zhuǎn)化均有促進(jìn)作用。為了探討晶態(tài)硅質(zhì)礦物高嶺石對(duì)生物質(zhì)水熱炭化的影響效果,將高嶺石與多種生物質(zhì)構(gòu)成水熱炭化體系,探討高嶺石對(duì)生物質(zhì)轉(zhuǎn)化的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,在230℃水熱4 h條件下,殼聚糖和柳樹(shù)葉基本保持著原有的結(jié)構(gòu),而葡萄糖和HPMC已經(jīng)形成水熱碳球,高嶺石的加入使得葡萄糖水熱產(chǎn)物碳球尺寸變大。高嶺石能夠粘附部分有機(jī)質(zhì),在一定程度上抑制水熱炭化產(chǎn)物的聚集,在宏觀上降低生物質(zhì)復(fù)合物的粒徑。此外,高嶺石的添加使得水熱液體具有一定的熒光效應(yīng)。在所選的四種生物質(zhì)水熱液體中柳樹(shù)葉水熱液體的熒光效果最好。此外,本文還探討了高嶺石對(duì)不同氣氛(空氣、埋碳和氬氣)熱解炭化殼聚糖和柳樹(shù)葉的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,高嶺石的存在使得殼聚糖炭化復(fù)合產(chǎn)物和柳樹(shù)葉炭化復(fù)合產(chǎn)物出現(xiàn)了介孔結(jié)構(gòu),但熱解炭化溫度的升高能夠?qū)е職ぞ厶翘炕瘡?fù)合產(chǎn)物結(jié)構(gòu)坍塌,孔道減少。對(duì)比不同炭化氣氛發(fā)現(xiàn),在氬氣氛圍下,柳樹(shù)葉熱解產(chǎn)物的孔道更為明顯,表明氬氣氣氛有利于生物質(zhì)炭化形成多孔材料。此外,實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)在不同熱解炭化溫度條件下,柳樹(shù)葉的存在會(huì)促進(jìn)偏高嶺石相轉(zhuǎn)變成α-Al_2O_3相。在礦物影響生物質(zhì)炭化過(guò)程的同時(shí),生物質(zhì)也會(huì)影響礦物相轉(zhuǎn)變過(guò)程。
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TQ127.11
【圖文】：

1.1 在溫度和壓力變化下水的狀態(tài)和電解質(zhì) The phase diagram of water and ststic dielectrissure-temperature(adapted from Mayank Kum水與生物質(zhì)按照一定的比例相互混合加入C）、飽和蒸氣壓（2-10 MPa）和一定的反應(yīng)（生物質(zhì)碳）是其目標(biāo)產(chǎn)物[14,15]。1913 年

如圖1.2 所示。圖 1.2 高嶺土結(jié)構(gòu)原理圖Fig. 1.2 The schematic view of the structure of kaolinite在該結(jié)構(gòu)中所有的硅氧四面體的頂尖方向都指向鋁氧八面體。AlO6八面體中每個(gè)鋁原子同時(shí)與周圍的六個(gè)氧原子相連接，其中六個(gè)氧原子中有四個(gè)表面羥基氧，相鄰的其它鋁原子共用一個(gè)表面羥基氧，其余的兩個(gè)氧原子是連接氧，與硅氧四面體中的硅原子共用一個(gè)連接氧。八面體片層結(jié)構(gòu)中包含兩類羥基，即內(nèi)羥基和內(nèi)表面羥基。AlO6八面體片層中的六元鋁環(huán)由相鄰的六個(gè)鋁原子組成，通過(guò)兩個(gè)共用羥基氧使鋁原子與鋁原子連接起來(lái)；SiO4四面體片層中的六元環(huán)由相鄰的六個(gè)硅原子組成，通過(guò)共用氧將硅原子與硅原子連接起來(lái)，由于鋁氧六元環(huán)與硅氧六元環(huán)之間相互錯(cuò)開(kāi)，致使兩個(gè) Al 原子的投影呈現(xiàn)在每一個(gè)

料原土蛋白石取自內(nèi)蒙古東北部嫩江流域，呈黃色葉片狀石原土的 XRD 衍射圖譜，由 XRD 圖譜分析可知，石英為主，其中包含一些蒙脫石雜質(zhì)。蛋白石的化化學(xué)成分分析可以得出，嫩江蛋白石原土的主要成分 Al2O3，F(xiàn)e2O3和 FeO。表 2.1 蛋白石的化學(xué)組成Table 2.1 Chemical compositions of opaliO2Al2O3TFe2O3TiO2P2O5CaO MgO K0.24 3.66 0.83 0.10 0.30 0.30 0.33 0

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2783466