生物碳是生物質(zhì)原料(如木屑、秸稈、家畜糞便等)在限氧條件下通過熱化學(xué)轉(zhuǎn)化得到的一種固態(tài)富碳物質(zhì)。近年來,由于其特殊的環(huán)境功能價值而得到越來越多的關(guān)注。相比生物質(zhì)而言,生物碳含大量芳環(huán)結(jié)構(gòu)的碳,它在土壤環(huán)境中不易被微生物所利用,能夠穩(wěn)定存在上百甚至上千年,且兼?zhèn)涮岣咄寥捞己亢凸潭ù髿釩O2的功能,在一定程度上減緩全球氣候變暖。然而,生物碳制備過程中熱力學(xué)特性及不同生物質(zhì)原料對裂解影響尚不清楚；生物碳對重金屬的吸附性能與其組成結(jié)構(gòu)之間的構(gòu)效關(guān)系以及相應(yīng)的作用機制并未得到深入研究。因此,本文以水稻秸稈、米糠、牛糞和雞糞四種生物質(zhì)材料,制備出一系列不同裂解溫度的生物碳樣品,使用化學(xué)分析方法和光譜表征技術(shù)分析生物碳的組成結(jié)構(gòu)及物理化學(xué)性能；采用熱重分析技術(shù)研究生物質(zhì)裂解制備生物碳過程中的熱動力學(xué)特性,運用熱動力學(xué)方程計算出生物質(zhì)裂解過程中的熱動力學(xué)參數(shù)；重點研究了生物碳吸附重金屬鎘的性能和機理,搞清不同裂解溫度生物碳對鎘的快慢吸附過程,揭示生物碳中不同組分(有機碳、水溶性礦物、HC1可溶性礦物以及si化合物)在吸附重金屬鎘中的貢獻(xiàn)和主要作用機制。通過研究生物質(zhì)裂解制備生物碳過程中的熱動力特性且...

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【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
致謝
摘要
ABSTRACT
第一章 生物碳的制備方法和結(jié)構(gòu)表征及其對重金屬吸附作用的研究進(jìn)展
    1 生物碳的定義及制備方式
        1.1 生物碳的定義及研究歷史
        1.2 生物質(zhì)原料的種類及組成
        1.3 生物碳的主要制備方式(碳化技術(shù))
            1.3.1 生物碳熱裂解制備技術(shù)
            1.3.2 一些新型生物碳制備技術(shù)
    2 生物質(zhì)裂解機制及生物碳表征技術(shù)
        2.1 生物質(zhì)裂解的研究歷程
        2.2 影響生物質(zhì)熱裂解的因素
            2.2.1 裂解溫度
            2.2.2 生物質(zhì)原料
            2.2.3 升溫速率
            2.2.4 停留時間
            2.2.5 裂解壓力
        2.3 生物質(zhì)裂解的模型和機理
            2.3.1 生物質(zhì)裂解模型
            2.3.2 生物質(zhì)裂解機理
        2.4 生物碳性能與結(jié)構(gòu)的分析表征方法
            2.4.1 生物碳性能的分析方法
            2.4.2 生物碳結(jié)構(gòu)的分析方法
    3 生物碳對重金屬吸附固定作用及機制
        3.1 生物碳吸附重金屬的影響因素
            3.1.1 生物碳的結(jié)構(gòu)特性
            3.1.2 溶液pH值
            3.1.3 共存的離子和有機物
            3.1.4 溶液溫度
        3.2 生物碳對重金屬的吸附機制
            3.2.1 離子交換
            3.2.2 絡(luò)合作用
            3.2.3 沉淀反應(yīng)
    4 論文的研究思路
第二章 生物碳的制備與結(jié)構(gòu)性能表征
    1 實驗部分
        1.1 實驗材料和儀器
        1.2 生物碳及灰分樣品的制備
        1.3 生物碳結(jié)構(gòu)性能表征
            1.3.1 生物碳灰分含量的測定
            1.3.2 生物碳和灰分pH值的測定
            1.3.3 生物質(zhì)熱重分析
            1.3.4 生物碳元素及比表面積分析
            1.3.5 生物碳及灰分紅外光譜分析
            1.3.6 生物碳及灰分X射線衍射分析
            1.3.7 生物碳及灰分掃描電鏡分析
    2 結(jié)果與討論
        2.1 生物碳產(chǎn)率和灰分含量
        2.2 生物碳和灰分pH值
        2.3 生物質(zhì)熱重分析
        2.4 生物碳元素組成及比表面積
        2.5 生物碳及灰分紅外光譜圖
        2.6 生物碳及灰分的X射線衍射圖
        2.7 生物碳和灰分掃描電鏡圖
    3 小結(jié)
第三章 生物質(zhì)限氧裂解制備生物碳的熱動力學(xué)行為
    1 實驗部分
        1.1 實驗材料和儀器
        1.2 實驗方法
            1.2.1 熱重分析
            1.2.2 活化能及其他熱動力學(xué)參數(shù)的計算方法
            1.2.3 生物碳的制備及紅外表征
    2 結(jié)果與討論
        2.1 生物質(zhì)裂解熱動力學(xué)分析
        2.2 生物質(zhì)裂解過程的活化能
        2.3 生物質(zhì)裂解過程中的熱動力學(xué)參數(shù)
        2.4 馬弗爐裂解制得生物碳產(chǎn)率與TG計算數(shù)據(jù)比較
        2.5 生物質(zhì)主要組分裂解過程中的紅外分析
    3 小結(jié)
第四章 米糠和雞糞生物碳對鎘的吸附動力學(xué)、性能及作用機理
    1 實驗部分
        1.1 實驗材料和儀器
        1.2 實驗方法
            1.2.1 生物碳和灰分樣品的制備
            1.2.2 吸附動力學(xué)實驗
            1.2.3 動力學(xué)過程中溶液pH值的測定
            1.2.4 pH值對生物碳吸附Cd的影響實驗
            1.2.5 等溫吸附實驗
            1.2.6 吸附前后樣品的表征
    2 結(jié)果與討論
        2.1 生物碳和灰分對Cd的吸附動力學(xué)
        2.2 吸附動力學(xué)過程pH值變化
        2.3 pH值對生物碳吸附Cd性能的影響
        2.4 等溫吸附曲線
        2.5 生物碳對重金屬Cd的吸附機理
        2.6 生物碳對重金屬Cd快慢吸附的作用機制
    3 小結(jié)
第五章 生物碳中礦物成分在吸附重金屬鎘中的作用及相對貢獻(xiàn)
    1 實驗部分
        1.1 實驗材料和儀器
        1.2 實驗方法
            1.2.1 水洗和酸處理米糠生物碳樣品的制備
            1.2.2 處理后樣品的表征
            1.2.3 鎘吸附去除率實驗
            1.2.4 pH值影響實驗
            1.2.5 等溫吸附實驗
            1.2.6 吸附后樣品的表征
    2 結(jié)果與討論
        2.1 處理前后生物碳樣品的結(jié)構(gòu)特征
        2.2 處理前后生物碳對Cd去除率比較
        2.3 pH值對吸附的影響
        2.4 等溫吸附曲線
        2.5 吸附機制和礦物的貢獻(xiàn)率
    3 小結(jié)
第六章 研究結(jié)論、創(chuàng)新點及展望
    1 研究結(jié)論
        1.1 生物碳樣品的制備與結(jié)構(gòu)性能表征
        1.2 生物質(zhì)限氧裂解制備生物碳的熱動力學(xué)行為
        1.3 米糠和雞糞生物碳對鎘吸附性能和動力學(xué)行為及作用機理
        1.4 生物碳中礦物成分在吸附重金屬鎘中的作用及相對貢獻(xiàn)
    2 主要創(chuàng)新點
    3 展望
參考文獻(xiàn)
個人簡歷及攻讀碩士學(xué)位期間完成的論文與榮譽



本文編號：3844507