熱解作為生物質(zhì)熱化學(xué)利用的重要途徑之一,可獲取合成氣、生物油、生物炭等多種能源產(chǎn)品。生物炭能夠有效應(yīng)對(duì)環(huán)境污染等問題,對(duì)于未來世界的可持續(xù)發(fā)展有重要作用。現(xiàn)有的眾多制備生物炭的方法中采用的活化劑大多不環(huán)保,且表面基團(tuán)缺失,限制了其高價(jià)值應(yīng)用,如吸附等。生物炭在水體中的吸附受兩個(gè)主要因素影響,物理孔隙結(jié)構(gòu)（比表面積）和表面化學(xué)特性（官能團(tuán)）。本文首先采用低腐蝕性的綠色活化劑對(duì)生物炭孔隙進(jìn)行原位改性,而后采用氮摻雜對(duì)炭表面化學(xué)性質(zhì)進(jìn)一步調(diào)控,并研究了該方式下改性生物炭的物化特性及其吸附性能。首先探究了綠色活化劑體系下原位活化生物炭的制備方法。研究了兩種酸式鹽碳酸氫鉀（KHCO₃）和草酸鉀（K₂C₂O₄·H₂O）在不同溫度下對(duì)生物炭的活化效果,溫度越高生物炭的孔隙結(jié)構(gòu)性能越好,微孔數(shù)量豐富。HCO₃^-1比C₂O₄^-2更易分解產(chǎn)生CO₂從而對(duì)生物炭的刻蝕作... 

【文章來源】：浙江大學(xué)浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

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【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

全球能源消費(fèi)量[1]

浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文緒論2的多樣化生產(chǎn)提供保障。由于生物質(zhì)中固定的能量都是由自然能量轉(zhuǎn)移到生態(tài)鏈中的，隨著生態(tài)過程進(jìn)行實(shí)現(xiàn)能量的儲(chǔ)存和轉(zhuǎn)移，最終以有機(jī)物的形式存在。在高效利用生物質(zhì)資源的同時(shí)，生物質(zhì)中的碳元素均來源于生態(tài)環(huán)境，在生物質(zhì)利用生命周期過程中，可實(shí)現(xiàn)碳的零排放，從而在能源領(lǐng)域順應(yīng)中共中央發(fā)布的“十三五”規(guī)劃：有效控制溫室氣體排放。因此，利用生物質(zhì)資源，既可利用其能源屬性，亦可利用其碳材料屬性。此外，以C、H、O為主的生物質(zhì)中含有的S和N元素較少，因而生成的SOX和NOX較少，更易在利用過程中將污染控制在較低標(biāo)準(zhǔn)[2]。據(jù)統(tǒng)計(jì)生物質(zhì)的N含量為0.1-0.8%，S含量為0.1%[3]，煤的N和S含量分別為0.9-2%和0.4-20%。因此，利用生物質(zhì)碳材料更加綠色環(huán)保。廣義的生物質(zhì)包含生態(tài)系統(tǒng)中所有的有機(jī)物，Bar-On等[4]統(tǒng)計(jì)了全球生態(tài)系統(tǒng)中的生物質(zhì)分布情況（如圖1.2），植物以450億噸的碳儲(chǔ)量位居首位，如果對(duì)其中的部分進(jìn)行有效利用，將改善目前的能源結(jié)構(gòu)，并節(jié)約碳資源。據(jù)估計(jì)全球每年有1460億噸生物質(zhì)資源，若以50%的效率利用其中的10%，將遠(yuǎn)超當(dāng)今世界能源年消耗量[5]。生物質(zhì)能種類繁多，來源廣泛，除了各類的農(nóng)林廢棄物，還有城市生活垃圾、糞便和污泥、能源作物等，因此利用生物質(zhì)能比其他新能源有更多的選擇性[6]。中國生物質(zhì)資源豐富，又是傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)大國，可將眾多的農(nóng)林廢棄物轉(zhuǎn)化成生物質(zhì)能，同時(shí)避免與糧食作物產(chǎn)生競爭[7]。據(jù)分析，中國有潛力生產(chǎn)17.44-24.86億噸農(nóng)作物殘?jiān)鳛樯镔|(zhì)資源[8]，這些生物質(zhì)資源可通過一定的生產(chǎn)轉(zhuǎn)化方式得到高品位利用。比如在利用生物質(zhì)能源的同時(shí)，將固態(tài)的生物炭轉(zhuǎn)化成更高性能的碳材料。圖1.2全球生物質(zhì)碳含量[4]

浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文緒論4圖1.3生物質(zhì)資源熱化學(xué)轉(zhuǎn)化為生物能源[13]通過生物質(zhì)得到的燃?xì)夂腿加�，在交通運(yùn)輸和工業(yè)制造、電力供應(yīng)方面起到重要作用，從而對(duì)化石燃料起到重要的替代作用，生物質(zhì)的化學(xué)轉(zhuǎn)化過程中殘余的富碳副產(chǎn)物，進(jìn)一步改性成新型的碳材料，如活性炭、超級(jí)電容、合成材料等，用于土壤修復(fù)、水體凈化、儲(chǔ)能等領(lǐng)域。1.3生物質(zhì)熱解炭化生物質(zhì)熱解是常見的生物質(zhì)利用方式，從上世紀(jì)80年代開始以緩解石油危機(jī)為目標(biāo)大力發(fā)展而來的，它是將生物質(zhì)置于惰性氣氛下，在一定的溫度下停留使生物質(zhì)的三組分（纖維素、半纖維素、木質(zhì)素）逐漸分解，產(chǎn)生合成氣、生物油、生物炭的過程[18,19]，這個(gè)過程伴隨有脫氧、裂解、芳構(gòu)化、酮化、醛縮、加氫處理、重整等，化學(xué)反應(yīng)如圖1.4所示[18]。生物炭、合成氣、生物油都是富含碳元素的產(chǎn)品，在工業(yè)生產(chǎn)中具有較高的應(yīng)用價(jià)值。合成氣的成分主要有CO2、CO、H2以及CH4等氣態(tài)烷烴和烯烴；生物油以大分子有機(jī)基團(tuán)物質(zhì)為主，如烴類、有機(jī)酸、醇類、酮類、醛類、酚類、呋喃類、愈創(chuàng)木酚、糖類以及雜合氧化物等，且包含了多種無機(jī)元素，生物油的進(jìn)一步加工可成為工業(yè)原料，投入到生產(chǎn)生活中；生物炭是熱解之后剩余的固體殘?jiān)蕴荚貫橹�，可成為具有良好�?yīng)用價(jià)值的碳材料[20]，通常應(yīng)用如化學(xué)反應(yīng)的載體、吸附劑等，由于其來源廣泛、簡單易得，且碳元素密度高，因此其材料學(xué)應(yīng)用場景廣闊。


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