本文選題：稻殼生物炭 + 底泥��； 參考：《中國科學技術(shù)大學》2017年碩士論文

【摘要】：作為可再生資源,農(nóng)林廢棄生物質(zhì)的利用引起人們的極大關(guān)注。與露天焚燒相比,生物質(zhì)熱解是一種綠色、低污染的處理方法,其產(chǎn)物主要包括生物炭、生物油和熱解氣。本論文研究了生物質(zhì)熱解得到的生物炭在環(huán)境及儲能方面的應用,以及利用熱解氣合成碳納米材料。其中,稻殼生物炭用作底泥修復劑,來限制底泥中污染物的釋放,防止污染物向上覆水遷移。生物質(zhì)熱解得到的氮摻雜多孔碳材料有著較好的電化學性能,能用作超級電容的電極材料。最后利用各種生物質(zhì)熱解氣合成3D石墨烯泡沫,實現(xiàn)了廢氣的資源化。論文的具體研究內(nèi)容和結(jié)果如下:1.底泥中污染物的釋放是人們比較關(guān)心的話題,作為低成本和無毒的材料,稻殼生物炭可以實現(xiàn)對污染底泥的原位修復。在實驗中,我們用不同厚度的生物炭(0.62,1.25,3.33和6.20 mm)對銅離子和4-氯酚污染的底泥進行修復。結(jié)果顯示,在pH為5或7時,一定厚度的生物炭可以有效抑制銅和4-氯酚的釋放,并使水體中污染物濃度符合相關(guān)國家標準。對于pH為3的高酸性水體,與空白組相比,6.20 mm厚的生物炭可以把上覆水中銅離子的濃度減少10倍以上。釋放動力學模擬結(jié)果說明,生物炭的加入可以增加污染物的傳質(zhì)阻力,多孔表面和豐富的官能團抑制了污染物從底泥向水體的釋放。2.用麥秸稈生物質(zhì)作為碳源,三聚氰胺作為氮源,混合鹽作為反應溶劑和造孔劑,一步制備得到了氮摻雜的多孔生物質(zhì)基碳材料。超級電容器電極測試結(jié)果顯示,氮含量為7.78%的材料有著較高的電容性能(447 F/g),其主要原因是在鹽模板活化反應中氮摻雜和比表面的提高。同時,在最佳摻雜比例下(1g生物質(zhì):1g三聚氰胺),熱解產(chǎn)物中硅的去除有助于提高材料電容性能,但是熱解前原材料直接去硅對材料的電化學性能有負面影響,這是因為硅在熱解摻氮過程中能夠催化活性氮形成,并在后續(xù)的處理中起著造孔作用。3.生物質(zhì)熱解過程中產(chǎn)生的大量廢氣通常隨惰性載氣一起被排放,造成大氣污染。在實驗中,我們采用熱重力學分析和傅里葉紅外變換聯(lián)用技術(shù)(TGA-FTIR)對纖維素和木質(zhì)素的熱解氣相產(chǎn)物進行了分析,發(fā)現(xiàn)氣相產(chǎn)物主要包含小分子烷烴類、CO_2、H2O和揮發(fā)性有機物(冷凝到生物油中)。然后我們用兩種生物質(zhì)的熱解氣作為碳源,利用耦合的快速熱解和常壓氣相沉積設(shè)備合成了 3D寡層石墨烯泡沫結(jié)構(gòu),并采用同樣的操作方法,利用麥秸稈生物質(zhì)和鋸末的熱解廢氣制備了 3D寡層石墨烯泡沫結(jié)構(gòu),證實了該方法在生物質(zhì)熱解氣增值化應用方面的可行性。
[Abstract]:As a renewable resource, people pay great attention to the utilization of abandoned biomass in agriculture and forestry.Compared with open burning, biomass pyrolysis is a green, low-pollution treatment method, and its products mainly include bio-carbon, bio-oil and pyrolysis gas.In this paper, the application of biochar obtained from biomass pyrolysis in environment and energy storage, and the synthesis of carbon nanomaterials by pyrolysis gas were studied.Among them, rice husk biochar is used as sediment remediation agent to limit the release of pollutants from sediment and prevent pollutants from migrating to overlying water.Nitrogen doped porous carbon materials obtained from biomass pyrolysis have good electrochemical properties and can be used as electrode materials for super capacitors.Finally, 3 D graphene foam was synthesized from various biomass pyrolysis gases, and the waste gas was reused.The specific contents and results of this paper are as follows: 1.The release of pollutants from sediment is a topic of concern. As a low-cost and non-toxic material, rice husk biochar can be used for in-situ remediation of contaminated sediment.In the experiment, the copper ion and 4-chlorophenol contaminated sediment were remedied with different thickness of biochar (0.62 ~ 1.253.33 and 6.20 mm).The results showed that when pH was 5 or 7, the release of copper and 4-chlorophenol could be effectively inhibited by a certain thickness of biochar, and the concentration of pollutants in the water could meet the relevant national standards.For the highly acidic water with pH 3, the concentration of copper ion in the overlying water can be reduced by more than 10 times with the biological carbon of 6.20 mm thick compared with the blank group.The release kinetics simulation results show that the addition of biochar can increase the mass transfer resistance of pollutants, and the porous surface and abundant functional groups inhibit the release of pollutants from sediment to water.Using wheat straw biomass as carbon source, melamine as nitrogen source, mixed salt as reaction solvent and pore making agent, nitrogen-doped porous biomass based carbon materials were prepared in one step.The results of electrode test of supercapacitor show that the material with 7.78% nitrogen content has high capacitance performance (447F / g / g), which is mainly due to the increase of nitrogen doping and specific surface area in the activation reaction of salt template.At the same time, the removal of silicon from pyrolysis products can improve the capacitive properties of the materials under the optimum doping ratio of 1 g biomass to 1 g melamine, but the direct removal of silicon from the raw materials before pyrolysis has a negative effect on the electrochemical properties of the materials.This is because silicon can catalyze the formation of active nitrogen in the process of pyrolysis and doping nitrogen, and play a role of pore making in the subsequent treatment.A large amount of waste gas produced during biomass pyrolysis is usually discharged along with inert carrier gas, resulting in air pollution.In the experiment, the pyrolysis gas phase products of cellulose and lignin were analyzed by thermogravimetry and Fourier transform infrared transform (FTIR).It is found that the gaseous products mainly contain small molecular alkanes such as CO _ 2H _ 2O and volatile organic compounds (condensed into bio-oil).Then we used pyrolytic gas of two kinds of biomass as carbon source, using coupled rapid pyrolysis and atmospheric pressure vapor deposition equipment to synthesize 3D oligolayer graphene foam structure, and adopted the same operation method.The 3D oligographene foam structure was prepared by pyrolysis waste gas from wheat straw and sawdust, which confirmed the feasibility of this method in the application of biomass pyrolysis gas increment.
【學位授予單位】：中國科學技術(shù)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TQ127.11;X52

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