【摘要】：以農(nóng)副產(chǎn)品和其他生物質(zhì)為原料的生物質(zhì)活性炭因其成本低、易獲得、生態(tài)友好、可用性好、吸附量大等優(yōu)點而受到越來越多的關(guān)注。同時,因其具有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、導(dǎo)電性能優(yōu)良、比表面積高等優(yōu)勢,電化學(xué)性能測試表明其具有電極材料的良好潛力。本研究以辣木籽殼、杏仁殼、胡麻籽殼為原料,在不同活化溫度(800、900、1000、1100℃)下熱解制備生物質(zhì)活性炭;并以KOH為活化劑對三種生物炭進行活化處理,在相同活化溫度下熱解制得改性后生物質(zhì)活性炭。通過N_2吸脫附(BET)、X射線衍射(XRD)、傅里葉變換紅外光譜(FTIR),對改性前后三種生物炭的結(jié)構(gòu)與性能進行表征與分析。以改性前后辣木籽殼、杏仁殼、胡麻籽殼生物炭為吸附劑,研究不同熱解溫度、時間、溶液初始pH、離子濃度對生物炭吸附Cu~(2+)性能的影響,并用動力學(xué)模型以及等溫吸附模型對吸附過程進行擬合,研究生物炭吸附Cu~(2+)的吸附機理。以改性前后生物炭為原料,將其制作成電極,對其進行恒流充放電測試和循環(huán)伏安測試,研究不同活化溫度下生物炭電極材料的電化學(xué)性能。實驗結(jié)果說明:1.經(jīng)KOH改性后三種生物炭的比表面積較改性之前明顯增大,可知用KOH對生物炭進行改性有助于其孔隙結(jié)構(gòu)的生成;改性前后辣木籽殼、杏仁殼、胡麻籽殼生物炭中主要含有羧基、羥基、羰基等親水性官能團。XRD測試結(jié)果表明,制得的生物炭呈無定形結(jié)構(gòu),具有典型的類石墨結(jié)構(gòu)。2.經(jīng)KOH改性后的生物炭對Cu~(2+)的吸附效果較改性之前有明顯提高。改性前辣木籽殼、胡麻籽殼生物炭的吸附行為符合Langmuir等溫吸附模型,杏仁殼生物炭對Cu~(2+)的吸附效果更符合Freundlich等溫吸附模型;改性之后三種生物炭對Cu~(2+)的吸附效果更符合Langmuir等溫吸附模型。準二級動力學(xué)更接近改性前后辣木籽殼、杏仁殼、胡麻籽殼生物炭對Cu~(2+)的吸附過程。3.電化學(xué)測試結(jié)果表明,在6 M KOH電解液中,三種生物炭作為電極材料具有良好的電化學(xué)性能。經(jīng)KOH改性后生物炭的比電容值明顯高于未改性的生物炭,在0.15 A/g的電流密度下,辣木籽殼、杏仁殼、胡麻籽殼生物炭分別在800、800、900℃下獲得最大比電容值,由改性前的447.33、505.83、271.33 F/g提高到改性后的571.09、790.56、825.29 F/g。循環(huán)伏安測試結(jié)果表明,辣木籽殼、杏仁殼、胡麻籽殼生物炭的循環(huán)伏安曲線呈現(xiàn)良好的類矩形形狀,表明其具有良好的電容性能。
【學(xué)位授予單位】：山西大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TQ424.1
【圖文】：

第二章 生物質(zhì)活性炭的制備與改性未改性的辣木籽殼生物炭，在 3437.15 cm-1處出現(xiàn)的寬峰歸結(jié)為伸縮振動，1632.99 cm-1處出現(xiàn)的吸收峰為 C=C 雙鍵的伸縮振動8.29 cm-1處出現(xiàn)的峰為 C-O 的伸縮振動，880.09 cm-1處出現(xiàn)的面內(nèi)彎曲振動，585.51 cm-1處出現(xiàn)的吸收峰為芳香環(huán)中 C-H 的OH 改性的辣木籽殼生物炭，在 3434.31 cm-1處出現(xiàn)的寬峰歸結(jié)為的伸縮振動，1632.63 cm-1處出現(xiàn)的峰為C=C雙鍵的伸縮振動，14m-1處出現(xiàn)的峰為 C-O 的伸縮振動，880.07 cm-1處出現(xiàn)的峰為芳曲振動。

圖 2.2 1000 ℃下熱解杏仁殼生物炭紅外光譜圖Fig.2.2 FTIR spectra of almond shell biochar pyrolysis at 1000 ℃未改性的胡麻籽殼生物炭，在 3437.47 cm-1處出現(xiàn)的寬峰歸結(jié)為伸縮振動，2927.15 cm-1處出現(xiàn)的峰為飽和烷烴 C-H 的伸縮振動現(xiàn)的峰為 C=C 雙鍵的伸縮振動，1427.67 cm-1處出現(xiàn)的峰為 C-O1 cm-1處出現(xiàn)的峰為芳香環(huán)中 C-H 的面外彎曲振動振動。對于經(jīng)殼生物炭，在 3435.43 cm-1處出現(xiàn)的寬峰歸結(jié)為羥基和羧基中 O30.82 cm-1處出現(xiàn)的峰為 C=C 雙鍵的伸縮振動，1414.36 cm-1、1峰為 C-O 的伸縮振動，880.18 cm-1處出現(xiàn)的峰為芳香環(huán)中 C-H

圖 2.2 1000 ℃下熱解杏仁殼生物炭紅外光譜圖Fig.2.2 FTIR spectra of almond shell biochar pyrolysis at 1000 ℃未改性的胡麻籽殼生物炭，在 3437.47 cm-1處出現(xiàn)的寬峰歸結(jié)為伸縮振動，2927.15 cm-1處出現(xiàn)的峰為飽和烷烴 C-H 的伸縮振動現(xiàn)的峰為 C=C 雙鍵的伸縮振動，1427.67 cm-1處出現(xiàn)的峰為 C-O1 cm-1處出現(xiàn)的峰為芳香環(huán)中 C-H 的面外彎曲振動振動。對于經(jīng)殼生物炭，在 3435.43 cm-1處出現(xiàn)的寬峰歸結(jié)為羥基和羧基中 O30.82 cm-1處出現(xiàn)的峰為 C=C 雙鍵的伸縮振動，1414.36 cm-1、1峰為 C-O 的伸縮振動，880.18 cm-1處出現(xiàn)的峰為芳香環(huán)中 C-H

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