【摘要】：生物質(zhì)因成本廉價、原料來源多樣、通過光合作用可再生等優(yōu)點吸引了科研人員的廣泛關(guān)注,由生物質(zhì)制備碳材料也成為目前研究的熱點問題。制備出的生物質(zhì)碳材料可廣泛應(yīng)用在土壤增肥、環(huán)境修復、鋰離子電池碳基陽極材料、離子交換樹脂、吸附材料以及催化劑領(lǐng)域。在研究與應(yīng)用過程中發(fā)現(xiàn),自然界中的生物質(zhì)往往與天然礦物共存,而礦物的存在會對生物質(zhì)的炭化產(chǎn)生微妙的影響,從而影響生物質(zhì)碳材料的使用性能。然而,目前關(guān)于礦物對生物質(zhì)炭化影響的報道還不多見,缺乏深入的認識。因此,本文選擇兩種常見礦物蛋白石、高嶺石與纖維素、葡萄糖、殼聚糖和柳樹葉構(gòu)成炭化體系,通過測試炭化產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)、形貌和性能特點探討礦物對生物質(zhì)炭化過程的影響。本文首先將蛋白石與羥丙基甲基纖維素構(gòu)成水熱炭化體系,探討在蛋白石添加量和水熱時間改變時,蛋白石對羥丙基甲基纖維素水熱炭化的影響。研究發(fā)現(xiàn)蛋白石用量的增加能夠促進水熱炭化產(chǎn)物的形成,并使其在蛋白石表面緊密地堆積。同時蛋白石的加入也使得復合物產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定。水熱時間對產(chǎn)物的影響更為明顯。HPMC的脫水反應(yīng)主要發(fā)生在105-120 min之間,并隨著水熱炭化時間的延長,炭化產(chǎn)物水熱焦炭的縮聚程度不斷增強,炭化程度不斷提高;蛋白石的存在對HPMC水熱反應(yīng)中的脫水、脫羥基和產(chǎn)生小分子的溶解過程有明顯的促進作用;蛋白石的加入導致固體產(chǎn)物提前形成具有芳香化結(jié)構(gòu)的水熱焦炭,加速固體產(chǎn)物中水熱焦炭的形成;蛋白石的存有利于水熱焦炭中形成納米級水熱碳球(20-100 nm)。研究證實在生物質(zhì)水熱炭化過程中,非晶態(tài)硅質(zhì)礦物(如蛋白石)對生物質(zhì)水熱炭化有著明確的促進效果,對固體產(chǎn)物的形成及生物質(zhì)的轉(zhuǎn)化均有促進作用。為了探討晶態(tài)硅質(zhì)礦物高嶺石對生物質(zhì)水熱炭化的影響效果,將高嶺石與多種生物質(zhì)構(gòu)成水熱炭化體系,探討高嶺石對生物質(zhì)轉(zhuǎn)化的影響。實驗結(jié)果表明,在230℃水熱4 h條件下,殼聚糖和柳樹葉基本保持著原有的結(jié)構(gòu),而葡萄糖和HPMC已經(jīng)形成水熱碳球,高嶺石的加入使得葡萄糖水熱產(chǎn)物碳球尺寸變大。高嶺石能夠粘附部分有機質(zhì),在一定程度上抑制水熱炭化產(chǎn)物的聚集,在宏觀上降低生物質(zhì)復合物的粒徑。此外,高嶺石的添加使得水熱液體具有一定的熒光效應(yīng)。在所選的四種生物質(zhì)水熱液體中柳樹葉水熱液體的熒光效果最好。此外,本文還探討了高嶺石對不同氣氛(空氣、埋碳和氬氣)熱解炭化殼聚糖和柳樹葉的影響。實驗結(jié)果顯示,高嶺石的存在使得殼聚糖炭化復合產(chǎn)物和柳樹葉炭化復合產(chǎn)物出現(xiàn)了介孔結(jié)構(gòu),但熱解炭化溫度的升高能夠?qū)е職ぞ厶翘炕瘡秃袭a(chǎn)物結(jié)構(gòu)坍塌,孔道減少。對比不同炭化氣氛發(fā)現(xiàn),在氬氣氛圍下,柳樹葉熱解產(chǎn)物的孔道更為明顯,表明氬氣氣氛有利于生物質(zhì)炭化形成多孔材料。此外,實驗還發(fā)現(xiàn)在不同熱解炭化溫度條件下,柳樹葉的存在會促進偏高嶺石相轉(zhuǎn)變成α-Al_2O_3相。在礦物影響生物質(zhì)炭化過程的同時,生物質(zhì)也會影響礦物相轉(zhuǎn)變過程。
【學位授予單位】：吉林大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TQ127.11
【圖文】：

1.1 在溫度和壓力變化下水的狀態(tài)和電解質(zhì) The phase diagram of water and ststic dielectrissure-temperature(adapted from Mayank Kum水與生物質(zhì)按照一定的比例相互混合加入C）、飽和蒸氣壓（2-10 MPa）和一定的反應(yīng)（生物質(zhì)碳）是其目標產(chǎn)物[14,15]。1913 年

如圖1.2 所示。圖 1.2 高嶺土結(jié)構(gòu)原理圖Fig. 1.2 The schematic view of the structure of kaolinite在該結(jié)構(gòu)中所有的硅氧四面體的頂尖方向都指向鋁氧八面體。AlO6八面體中每個鋁原子同時與周圍的六個氧原子相連接，其中六個氧原子中有四個表面羥基氧，相鄰的其它鋁原子共用一個表面羥基氧，其余的兩個氧原子是連接氧，與硅氧四面體中的硅原子共用一個連接氧。八面體片層結(jié)構(gòu)中包含兩類羥基，即內(nèi)羥基和內(nèi)表面羥基。AlO6八面體片層中的六元鋁環(huán)由相鄰的六個鋁原子組成，通過兩個共用羥基氧使鋁原子與鋁原子連接起來；SiO4四面體片層中的六元環(huán)由相鄰的六個硅原子組成，通過共用氧將硅原子與硅原子連接起來，由于鋁氧六元環(huán)與硅氧六元環(huán)之間相互錯開，致使兩個 Al 原子的投影呈現(xiàn)在每一個

料原土蛋白石取自內(nèi)蒙古東北部嫩江流域，呈黃色葉片狀石原土的 XRD 衍射圖譜，由 XRD 圖譜分析可知，石英為主，其中包含一些蒙脫石雜質(zhì)。蛋白石的化化學成分分析可以得出，嫩江蛋白石原土的主要成分 Al2O3，F(xiàn)e2O3和 FeO。表 2.1 蛋白石的化學組成Table 2.1 Chemical compositions of opaliO2Al2O3TFe2O3TiO2P2O5CaO MgO K0.24 3.66 0.83 0.10 0.30 0.30 0.33 0

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前5條

1 黃維;范同祥;;水熱碳化法的研究進展[J];材料導報;2014年S1期

2 楊殿范;魏存弟;寧維坤;徐少南;蔣引珊;;嫩江蛋白石頁巖的結(jié)構(gòu)及其吸附性能[J];吉林大學學報(地球科學版);2010年05期

3 陳志強;;橡膠/蛋白石納米復合材料的制備及分析[J];大慶石油學院學報;2009年02期

4 劉瑩峰,顧曉華,李青山;超細蛋白石制備及其性能研究[J];齊齊哈爾大學學報;2003年03期

5 任磊夫;;由方英石鱗石英組成的輕質(zhì)頁巖的發(fā)現(xiàn)與研究[J];硅酸鹽通報;1982年02期

相關(guān)會議論文 前1條

1 漆小瑾;劉曉玲;;蛋白石頁巖負離子針織面料的研究與開發(fā)[A];第七屆功能性紡織品及納米技術(shù)應(yīng)用研討會論文集[C];2007年

相關(guān)博士學位論文 前1條

1 王萬軍;高嶺石有機插層復合物的制備、表征及應(yīng)用探討[D];中南大學;2005年

相關(guān)碩士學位論文 前1條

1 劉娟;生物質(zhì)廢棄物的水熱碳化試驗研究[D];浙江大學;2016年

本文編號：2783466