草本生物质原料制备活性炭的特性研究( Characteristics of activated carbons produced from herbaceous biomass feedstock )

Oluwatosin Oginni

由于化石燃料储量的预测枯竭及其对环境的不利影响日益受到关注，能源安全和环境保护成为研究的前沿。可再生能源的应用集中于生物量原料的使用，包括草本植物、木本、农业废物、森林残留物和城市废物。这些生物质原料的热化学转化（热解）有可能产生液体燃料、固体残渣（生物炭）和不凝性气体。生物炭主要由可再生的多孔碳和其他无机化合物组成。生物炭用于土壤改良、吸附、电化学应用，以及作为催化剂开发的基质。本论文记录了草本生物质用于生物炭和活性炭的生产及其在吸附应用中的应用。第1章对后几章的研究进行了基本的介绍，第2章对活性炭生产、表征技术和应用领域的知识现状进行了全面的回顾。第3章讨论了从西弗吉尼亚州的开垦矿场中获得的草本生物质原料的热解产物的分布和性质。在这项研究中，使用了在西弗吉尼亚州开垦的矿山土地上生长的芒草不育品种（私人和公共）和柳枝稷不育品种（Bomaster和Kanlow）的样本。烘干后的样品在固定床间歇式反应器中，在惰性条件下，在500℃的温度下热解生成生物炭和生物油。对热解数据的统计分析表明，柳枝稷和芒草两个品种的生物炭产率（约30%）没有显著差异。生物油产率在45～51%之间。生物炭、生物炭和生物油的含碳量分别为46.80～48.02%、77.72～80.23%和54.68～59.68%。生物质、生物炭和生物油的平均热值分别为19.49MJ/kg、29.01MJ/kg和24.98MJ/kg。第四章主要研究了500、700、900℃热解温度对生物质炭热稳定性和理化性质的影响。制备的生物炭在950℃的空气中热降解，以比较其与石墨的热顽固性。随着热解温度的升高，生物炭的耐热性增加。随着热解温度的升高，pH值由弱碱性升高到高碱性。随着热解温度的升高，生物质炭的芳香性增加，由于氧的损失，生物质炭的疏水性增强。生物炭的BET比表面积随热解温度的升高而增大。第5章阐述了浸渍路线对草本生物质活性炭性能的影响。研究了活化剂和浸渍方式对草本生物质活性炭性能的影响。合成活性炭的前体是柳枝稷(KSBM)和芒草(PMBM)生物质及其生物质炭（分别为KSBC和PMBC）。前驱体分别用氢氧化钾或磷酸浸渍。然后，在900°C的惰性条件下激活浸渍的前驱体。对活性炭的表面形貌、结构特性和表面化学进行了表征。此外，活性炭用于吸附两种药物活性化合物；对乙酰氨基酚和咖啡因。研究结果表明，生物质衍生活性炭具有最大的BET比表面积，由微孔和中孔组成。结果表明，生物质衍生活性炭对bot具有较好的吸附能力

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