【摘要】：生物質(zhì)能是一種理想的清潔可再生能源,具有二氧化碳零排放、綠色環(huán)保等特點(diǎn),開發(fā)和利用生物質(zhì)能源對(duì)減緩溫室效應(yīng),減少大氣污染,緩解能源壓力具有重要意義。稻殼這一農(nóng)業(yè)廢棄物的高值化利用不僅可以解決大量農(nóng)業(yè)廢棄物的污染問題,還可以為社會(huì)創(chuàng)造更多的財(cái)富,有助于緩解環(huán)境問題和能源危機(jī)。稻殼由于富含天然無定型結(jié)構(gòu)Si02,是制備目前應(yīng)用最廣泛和工業(yè)化產(chǎn)量最大的無機(jī)納米材料一納米白炭黑的理想材料。傳統(tǒng)稻殼基白炭黑及納米白炭黑的制備方法存在著產(chǎn)品性能單一、產(chǎn)品純度低、粒徑粗大、易于團(tuán)聚等問題,尤其是產(chǎn)品粒子的團(tuán)聚與分散問題是目前納米白炭黑應(yīng)用研究中的難點(diǎn)和熱點(diǎn)。針對(duì)以上問題,本文開展了一系列的研究,以實(shí)現(xiàn)稻殼基納米白炭黑產(chǎn)品的規(guī)模化生產(chǎn)和稻殼資源的高值化、資源化利用。首先,基于稻殼中硅質(zhì)成分利用時(shí)稻殼的活性問題,研究了幾種前處理方法(酸浸、研磨以及新提出的水浸泡處理)對(duì)稻殼金屬雜質(zhì)脫除和有機(jī)成分熱分解行為的影響,并進(jìn)行了熱重和熱解動(dòng)力學(xué)分析,為后續(xù)稻殼基納米白炭黑的制備方法提供理論依據(jù)。其次,針對(duì)傳統(tǒng)熱處理法產(chǎn)品純度低的問題,對(duì)傳統(tǒng)熱處理法進(jìn)行了改良,獲得了純度高達(dá)99.9%的高純納米白炭黑產(chǎn)品,所得產(chǎn)品的基本物性參數(shù)符合甚至優(yōu)于氣相二氧化硅,闡明了高溫?zé)崽幚�、水浸泡處理、研磨等過程的作用機(jī)理,彌補(bǔ)了熱處理法相關(guān)理論的缺失。研究指出,熱處理溫度對(duì)產(chǎn)品純度的影響最大,在610℃左右最有利于高純白炭黑產(chǎn)品的獲取,溫度過低,產(chǎn)品含碳量高,溫度過高則會(huì)使裂解產(chǎn)物中一部分的自由碳取代O與Si成鍵,形成[Si(O,C)4]結(jié)構(gòu),破壞原有的[SiO4]結(jié)構(gòu),降低納米二氧化硅產(chǎn)品的硅含量。水浸泡預(yù)處理過程的采用可以很大程度上去除稻殼中的金屬雜質(zhì),破壞稻殼原有的碳骨架,降低鹽酸的消耗,間接提高產(chǎn)品質(zhì)量。再次,在改良熱處理法的基礎(chǔ)上,利用熱解炭黑對(duì)SiO2表面羥基層的屏蔽分散原理,開發(fā)了惰性氣氛CO2/N2預(yù)熱解結(jié)合O2慢速氧化的兩步熱處理制備納米白炭黑的新方法,實(shí)現(xiàn)了納米白炭黑產(chǎn)品孔隙結(jié)構(gòu)、粒徑和純度的定向調(diào)控,解決了傳統(tǒng)熱處理法所得產(chǎn)品性能單一的問題。研究發(fā)現(xiàn),通過控制熱解氣氛和溫度,可以控制炭黑的體積收縮速度和稻殼孔隙的氣體分壓,進(jìn)而調(diào)控產(chǎn)品的孔隙特性、純度、粒徑等。成功地制備了一系列具有不同純度和孔隙特性的納米白炭黑產(chǎn)品,所制得產(chǎn)品的純度范圍為95.8-99.6%,比表面積范圍為204.3-352.6 m2/g,總孔體積范圍為0.3513-0.5228cm3/kg,粒徑在5-20 nm之間。熱處理法制得的產(chǎn)品為親水型化合物,表面存在大量親水性羥基,在有機(jī)溶劑中容易聚集,難于分散,容易造成材料間界面的缺陷,從而限制了它的廣泛應(yīng)用。因此,為了獲得疏水型、高分散的納米白炭黑產(chǎn)品,本文基于空穴爆炸和雙電荷理論,開發(fā)了高壓均質(zhì)、表面活性劑、真空冷凍干燥納米粉體分散技術(shù)一體化聯(lián)合應(yīng)用的新方法,成功地制備了高分散、高純度和高透明性的納米白炭黑粉體,同時(shí)解決了傳統(tǒng)沉淀法中形成二次粒子和干燥過程中的團(tuán)聚問題。研究闡明了高壓均質(zhì)、表面活性劑、真空冷凍干燥對(duì)產(chǎn)品的分散作用機(jī)理,得到了制備水玻璃的優(yōu)化堿溶條件和制備納米白炭黑產(chǎn)品的優(yōu)化沉淀?xiàng)l件,所得粉體的DBP吸油值高達(dá)3.67 m1/g,純度高達(dá)98.9%(500℃灼燒后),白度高達(dá)98.8%,平均粒徑約為35-40 nm。最后,利用全生命周期評(píng)價(jià)方法對(duì)稻殼基納米白炭黑產(chǎn)品進(jìn)行了碳足跡分析,并與工業(yè)沉淀法白炭黑產(chǎn)品進(jìn)行了環(huán)境協(xié)調(diào)性對(duì)比分析,從而尋求優(yōu)化工藝、提高環(huán)境效益的系統(tǒng)過程。研究表明,以稻殼為原料制備納米白炭黑產(chǎn)品的C02排放量、全球變暖潛值和煙塵灰潛值明顯低于工業(yè)沉淀法白炭黑產(chǎn)品,對(duì)降低溫室氣體排放,減緩氣候變暖和降低空氣中的PM2.5與PM10含量,緩解霧霾具有非常重要的作用。
【圖文】：

邐緒論逡逑間有縱橫交錯(cuò)的板片，含有大量的內(nèi)徑大約為幾個(gè)微米的蜂窩孔。對(duì)板片的斷面（圖１－２Ｃ）逡逑放大觀察發(fā)現(xiàn)，構(gòu)成蜂窩孔的薄片和薄板上還含有大量由Ｓｉ凝膠粒子非緊密粗聚而形成逡逑的直徑小于５０邋ｎｍ的孔隙，，也正是這些納米級(jí)Ｓｉ凝膠粒子和納米尺度空隙的存在使得稻逡逑殼灰比表面積較大且火山活性高。逡逑ＨＥ逡逑漏逡逑ＫＳＷＨＥ９ＨＳＳ９ＫＳＨＩＳＢ３Ｓ９ＢＩ邋ＫＺ３ＨＨＨＨＥ３ＢＥＳＫ３Ｓｉｉｉ＾Ｋ３ＳＳ３Ｈｌ逡逑圖１－２稻殼巧的微觀形貌圖逡逑１．４稻殼中s曛食煞值睦緬義先死嘍緣究塹撓τ糜衫匆丫茫繚冢保埃埃岸嗄甑鬧泄�，稻壳己经睋]米魅劑先忌詹儒義希鬃齜�、少~�，剩余的粌x梢脖環(huán)堤锏弊齜柿希欽庵執(zhí)址攀降睦梅絞僥芰坷寐實(shí)�，辶x锨已壇敬蟆⒒曳幀�。随着人们环保茵}兜募憂浚⒊雋碩嘀指咝�、绿色环保的稻繐岥泳捔x霞際酰溝玫究竊諛茉礎(chǔ)⒔ㄖ�、农业、史Q貳⒒ぃ保蓿荊盎繁５攘煊蠐辛斯惴旱撓猛盡Ｍ煎義希保癡故玖說綳虻募鋼種饕硎侄危準(zhǔn)跋嚶Φ牟泛筒返撓τ猛揪丁ｅ義希村義

本文編號(hào)：2642373