生物碳是生物質原料(如木屑、秸稈、家畜糞便等)在限氧條件下通過熱化學轉化得到的一種固態(tài)富碳物質。近年來,由于其特殊的環(huán)境功能價值而得到越來越多的關注。相比生物質而言,生物碳含大量芳環(huán)結構的碳,它在土壤環(huán)境中不易被微生物所利用,能夠穩(wěn)定存在上百甚至上千年,且兼?zhèn)涮岣咄寥捞己亢凸潭ù髿釩O2的功能,在一定程度上減緩全球氣候變暖。然而,生物碳制備過程中熱力學特性及不同生物質原料對裂解影響尚不清楚；生物碳對重金屬的吸附性能與其組成結構之間的構效關系以及相應的作用機制并未得到深入研究。因此,本文以水稻秸稈、米糠、牛糞和雞糞四種生物質材料,制備出一系列不同裂解溫度的生物碳樣品,使用化學分析方法和光譜表征技術分析生物碳的組成結構及物理化學性能；采用熱重分析技術研究生物質裂解制備生物碳過程中的熱動力學特性,運用熱動力學方程計算出生物質裂解過程中的熱動力學參數；重點研究了生物碳吸附重金屬鎘的性能和機理,搞清不同裂解溫度生物碳對鎘的快慢吸附過程,揭示生物碳中不同組分(有機碳、水溶性礦物、HC1可溶性礦物以及si化合物)在吸附重金屬鎘中的貢獻和主要作用機制。通過研究生物質裂解制備生物碳過程中的熱動力特性且...

【文章頁數】：113 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
致謝
摘要
ABSTRACT
第一章 生物碳的制備方法和結構表征及其對重金屬吸附作用的研究進展
    1 生物碳的定義及制備方式
        1.1 生物碳的定義及研究歷史
        1.2 生物質原料的種類及組成
        1.3 生物碳的主要制備方式(碳化技術)
            1.3.1 生物碳熱裂解制備技術
            1.3.2 一些新型生物碳制備技術
    2 生物質裂解機制及生物碳表征技術
        2.1 生物質裂解的研究歷程
        2.2 影響生物質熱裂解的因素
            2.2.1 裂解溫度
            2.2.2 生物質原料
            2.2.3 升溫速率
            2.2.4 停留時間
            2.2.5 裂解壓力
        2.3 生物質裂解的模型和機理
            2.3.1 生物質裂解模型
            2.3.2 生物質裂解機理
        2.4 生物碳性能與結構的分析表征方法
            2.4.1 生物碳性能的分析方法
            2.4.2 生物碳結構的分析方法
    3 生物碳對重金屬吸附固定作用及機制
        3.1 生物碳吸附重金屬的影響因素
            3.1.1 生物碳的結構特性
            3.1.2 溶液pH值
            3.1.3 共存的離子和有機物
            3.1.4 溶液溫度
        3.2 生物碳對重金屬的吸附機制
            3.2.1 離子交換
            3.2.2 絡合作用
            3.2.3 沉淀反應
    4 論文的研究思路
第二章 生物碳的制備與結構性能表征
    1 實驗部分
        1.1 實驗材料和儀器
        1.2 生物碳及灰分樣品的制備
        1.3 生物碳結構性能表征
            1.3.1 生物碳灰分含量的測定
            1.3.2 生物碳和灰分pH值的測定
            1.3.3 生物質熱重分析
            1.3.4 生物碳元素及比表面積分析
            1.3.5 生物碳及灰分紅外光譜分析
            1.3.6 生物碳及灰分X射線衍射分析
            1.3.7 生物碳及灰分掃描電鏡分析
    2 結果與討論
        2.1 生物碳產率和灰分含量
        2.2 生物碳和灰分pH值
        2.3 生物質熱重分析
        2.4 生物碳元素組成及比表面積
        2.5 生物碳及灰分紅外光譜圖
        2.6 生物碳及灰分的X射線衍射圖
        2.7 生物碳和灰分掃描電鏡圖
    3 小結
第三章 生物質限氧裂解制備生物碳的熱動力學行為
    1 實驗部分
        1.1 實驗材料和儀器
        1.2 實驗方法
            1.2.1 熱重分析
            1.2.2 活化能及其他熱動力學參數的計算方法
            1.2.3 生物碳的制備及紅外表征
    2 結果與討論
        2.1 生物質裂解熱動力學分析
        2.2 生物質裂解過程的活化能
        2.3 生物質裂解過程中的熱動力學參數
        2.4 馬弗爐裂解制得生物碳產率與TG計算數據比較
        2.5 生物質主要組分裂解過程中的紅外分析
    3 小結
第四章 米糠和雞糞生物碳對鎘的吸附動力學、性能及作用機理
    1 實驗部分
        1.1 實驗材料和儀器
        1.2 實驗方法
            1.2.1 生物碳和灰分樣品的制備
            1.2.2 吸附動力學實驗
            1.2.3 動力學過程中溶液pH值的測定
            1.2.4 pH值對生物碳吸附Cd的影響實驗
            1.2.5 等溫吸附實驗
            1.2.6 吸附前后樣品的表征
    2 結果與討論
        2.1 生物碳和灰分對Cd的吸附動力學
        2.2 吸附動力學過程pH值變化
        2.3 pH值對生物碳吸附Cd性能的影響
        2.4 等溫吸附曲線
        2.5 生物碳對重金屬Cd的吸附機理
        2.6 生物碳對重金屬Cd快慢吸附的作用機制
    3 小結
第五章 生物碳中礦物成分在吸附重金屬鎘中的作用及相對貢獻
    1 實驗部分
        1.1 實驗材料和儀器
        1.2 實驗方法
            1.2.1 水洗和酸處理米糠生物碳樣品的制備
            1.2.2 處理后樣品的表征
            1.2.3 鎘吸附去除率實驗
            1.2.4 pH值影響實驗
            1.2.5 等溫吸附實驗
            1.2.6 吸附后樣品的表征
    2 結果與討論
        2.1 處理前后生物碳樣品的結構特征
        2.2 處理前后生物碳對Cd去除率比較
        2.3 pH值對吸附的影響
        2.4 等溫吸附曲線
        2.5 吸附機制和礦物的貢獻率
    3 小結
第六章 研究結論、創(chuàng)新點及展望
    1 研究結論
        1.1 生物碳樣品的制備與結構性能表征
        1.2 生物質限氧裂解制備生物碳的熱動力學行為
        1.3 米糠和雞糞生物碳對鎘吸附性能和動力學行為及作用機理
        1.4 生物碳中礦物成分在吸附重金屬鎘中的作用及相對貢獻
    2 主要創(chuàng)新點
    3 展望
參考文獻
個人簡歷及攻讀碩士學位期間完成的論文與榮譽



本文編號：3844507