真菌调控生物质基多级孔炭的制备及其甲苯吸附性能

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随着工业的快速发展,挥发性有机化合物(Volatile Organic Compounds,简称VOCs)的大量排放,不仅会导致严重的环境问题,如温室效应,光化学烟雾,平流层臭氧消耗等,而且还会给动物和人类带来致突变、致癌的危害。吸附技术由于具有回收和再利用吸附剂和吸附物质的潜力,被认为是一种高效和经济的控制策略,碳基吸附剂存在吸附容量低、针对性差,传质阻力大、吸附速率低等问题。针对炭上述的不足,亟需寻求一种适用于工业废气所需的专效、高效、长效炭材料。通过微生物靶向分解木质纤维素有效调节生物质原料孔结构特性,使其形成多级孔结构,选用木质纤维素降解菌黄孢原毛平革菌、绿色木霉、塔宾曲霉分别降解生物质中的木质素、纤维素和半纤维素,采用一步/两步法制备多级孔生物炭,并初步探究其对甲苯的吸附性能。主要内容和结论如下:(1)利用黄孢原毛平革菌降解生物质荷叶中的木质素,采用一步物理活化法,分别探究菌种添加量、荷叶分解时间、炭化温度及活化时间四个因素对材料表面物理化学性质和甲苯吸附性能的影响。结果表明,菌种添加量为4 mL,荷叶分解时间为7 d、炭化温度为800℃及活化时间为90 min时具有最大SBET、孔容和甲苯吸附容量。进一步对比一步物理活化法和两步化学活化法的区别,采用KOH为活化剂时,研究KOH与炭黑不同质量比下的样品比表面积、孔容和甲苯吸附容量的差异,发现在KOH:C=1:1时,具有最理想效果。(2)进一步探究可调控微/介孔比值的多级孔生物炭制备技术,选用黄孢原毛平革菌、绿色木霉、塔宾曲霉分别预处理生物质中的木质素、纤维素和半纤维素,研究不同微生物对多级孔生物炭物理化学性质和甲苯吸附容量的影响。结果表明,微生物预处理可以成功地提高炭的SBET、孔容及甲苯吸附容量,且表面结构紊乱程度高、粗糙、多级孔,更有利于甲苯的吸附。三种微生物的靶向降解存在一定差异,其中通过P.chrysosporium分解木质素的更易导致中孔丰富,而T.viride降解纤维素有助于微孔的生成,A.tubingensis介于两者之间。探究了解到多级孔结构中的微孔所占据的表面积、孔容与吸附容量呈现很好的线性关系,微孔结构成为甲苯吸附容量的主要位点。
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