溶液过程碳化稻壳有机组分制备碳基材料及性能研究

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在中国,由于人口众多,导致大米的需求量巨大。其中,中国和印度占世界水稻总生产量上一半以上。因此,大米生产将导致大量的稻壳产生。稻壳被视作为低值能源物质,通常被废弃或者在田野中燃烧,后果将是导致环境的进一步恶化。考虑到稻壳主要由有机物纤维素、半纤维素、木质素和无机物二氧化硅组成,因此稻壳具有较大的潜力被利用作为制备硅基与碳基材料的前驱体。本文主要主要介绍利用氢氧化钠预处理的稻壳通过低温溶液辅助过程碳化制备活性炭及性能的研究。主要研究内容如下:1.利用NaOH预处理稻壳,通过低温硫酸溶液过程辅助碳化和H3PO4活化来制备具有较高比表面积(2028m2/g)和完整属性的活性炭。活性温度与浸渍比对活性炭比表面积与孔体积的影响被研究。活性炭的形貌以及表面化学性质通过N2-sorption, FTIR,XPS, SEM和TEM等手段予以表征。2.最佳条件下制备的活性炭的吸附性能通过使用亚甲基蓝(MB)染料作为模型组分在各种模拟条件下进行系统的评估。整个吸附过程中,在热力学方面,与朗格缪尔吸附等温线吻合程度较高;在动力学方面,与准二级动力学模型的吻合程度较高;此外,活性炭对亚甲基蓝的最大单层吸附量为:578mg/g。3.比较性研究不同活化剂:K2CO3、ZnCl2、KOH与H3PO4活化SPC制备活性炭的物理化学性质,通过对制备过程、纹理结构与吸附性能进行系统的考察研究。不同活化过程不仅可以产生各异的孔结构,而且也能够对活性炭表面引入含氧或含磷官能团。通过对四种活性炭的吸附性能的比较得出:出色的纹理结构与表面化学活性使得磷酸活化制备的活性炭具有较快的吸附速率和较高的吸附量。此外,四种活性炭的热力学、动力学和热动力学组分模型也被系统地讨论。这项工作的结果对生物质废弃物通过选择合适的活化路线而制备的活性炭在环保方面的应用研究产生浓厚的兴趣。
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