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  本文關(guān)鍵詞：生物質(zhì)基碳材料的制備及性能研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《吉林大學(xué)》 2014年

生物質(zhì)基碳材料的制備及應(yīng)用研究

趙凱  

【摘要】：地球上的能源可以被儲(chǔ)存、轉(zhuǎn)換或以不同的方式被利用。能源資源可以分為兩種：1.不可再生資源（例如煤炭、原油、油頁(yè)巖、天然瀝青、超重油和天然氣等）；2.可再生資源（太陽(yáng)能、風(fēng)能、潮汐能和生物能等）。隨著全球工業(yè)的迅速發(fā)展，大量的煤炭、石油等不可再生資源不斷被消耗，造成資源的短缺，隨之而來的就是大量的CO2、SO2等有害氣體的排放，引發(fā)“溫室效應(yīng)”，造成環(huán)境污染。因此我們必須尋找一種新的能源來減少或者替代不可再生資源的消耗。 生物質(zhì)是一種真正的可再生資源，由動(dòng)植物資源組成，如農(nóng)業(yè)、林業(yè)、工業(yè)以及生活廢棄物等。生物質(zhì)的利用是一個(gè)模仿自然的過程，相對(duì)于化石燃料來說它不會(huì)增加環(huán)境中二氧化碳的含量。在所有的可再生能源中，生物質(zhì)是獨(dú)特的，它有效的儲(chǔ)存了太陽(yáng)能。此外，生物質(zhì)是唯一可以轉(zhuǎn)化為固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)燃料的可再生資源，可以代替化石資源制備一系列化工產(chǎn)品，備受世界科研工作者的青睞。 基于上述研究背景，本論文從以下幾方面進(jìn)行研究： （1）以木糖為代表的五碳糖和果糖、葡萄糖為代表的六碳糖為原料，硫酸作為催化劑，在較低的溫度下經(jīng)過脫水縮合制備膠體炭。在上述原料的基礎(chǔ)上引入苯酚，以相同的反應(yīng)條件制備膠體炭。計(jì)算兩種方法得到膠體炭的產(chǎn)率和碳元素的轉(zhuǎn)化率，結(jié)果表明苯酚的引入可以提高膠體炭的產(chǎn)率和碳元素的轉(zhuǎn)化率。木糖基膠體炭、果糖基膠體炭和葡萄糖基膠體炭的產(chǎn)率分別提高了5.85%、12.75%、17.58%，碳元素的轉(zhuǎn)化率分別提高了11.06%、21.37%、27.57%。此方法還可以延伸到復(fù)雜生物質(zhì)（稻殼、玉米芯等）的利用上，實(shí)現(xiàn)資源的高值化利用。 通過XRD、TEM和FTIR的分析發(fā)現(xiàn)，單糖基膠體炭是表面光滑、粒徑均勻的碳球，而且表面帶有大量的有機(jī)官能團(tuán)（C=C、O-H、C=O、C-H和C-O），并有一定的石墨化趨勢(shì)。本文在上述基礎(chǔ)上研究了膠體炭的合成機(jī)理。 （2）以膠體炭為原料，磷酸為活化劑，采用選擇性反應(yīng)和定向刻蝕造孔技術(shù)制備多孔炭。探討反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間、浸漬比對(duì)多孔炭微觀結(jié)構(gòu)以及表面性能的影響，并確定最佳活化條件。木糖基多孔炭的最高比表面積為2160m2/g，果糖基多孔炭的最高比表面積為2180m2/g，葡萄糖基多孔炭的最高比表面積為2300m2/g，木糖加苯酚基多孔炭的最高比表面積為1325m2/g。 多孔炭具有良好的電容性能，討論活化條件對(duì)多孔炭電容的影響，并確定木糖基多孔炭、果糖基多孔炭、葡萄糖基多孔炭和木糖加苯酚基多孔炭的最大比電容分別為182.0F/g、157.6F/g、148.0F/g、158.1F/g。 多孔炭對(duì)Cr（Ⅵ）有很強(qiáng)的吸附能力，研究吸附條件（時(shí)間、溫度、初始濃度、吸附劑用量、pH值）對(duì)多孔炭吸附能力的影響，并確定木糖基多孔炭、果糖基多孔炭、葡萄糖基多孔炭和木糖加苯酚基多孔炭的最大吸附量分別為89mg/g、87mg/g、82mg/g、140mg/g。 用磷酸作為活化劑具有很高的產(chǎn)率，高產(chǎn)率有利于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。木糖基多孔炭的最高產(chǎn)率為89.0%，果糖基多孔炭的最高產(chǎn)率為66.6%，葡萄糖基多孔炭的最高產(chǎn)率為68.9%，木糖加苯酚基多孔炭的最高產(chǎn)率為76.7%。 （3）以廢棄稻殼（去除木質(zhì)素和二氧化硅）為原料，經(jīng)過環(huán)氧氯丙烷、DMF、二乙烯三胺、三乙胺的改性制備高吸附性能的碳材料，研究吸附條件（時(shí)間、溫度、初始濃度、吸附劑用量、pH值）對(duì)改性稻殼吸附性能的影響，并確定吸附Cr（Ⅵ）的最佳條件：初始濃度為400mg/L，投加量為0.06g，吸附時(shí)間為12h，較低的pH和較高的反應(yīng)溫度有利于吸附量的提升。改性稻殼對(duì)Cr（Ⅵ）的最大吸附量為120mg/g。 本論文通過具體的實(shí)驗(yàn)以及物理化學(xué)表征方法，研究了以單糖為原料制備膠體炭的性能、微觀結(jié)構(gòu)以及合成機(jī)理。膠體炭的制備過程中引入苯酚，可以提高膠體炭的產(chǎn)率和碳元素的轉(zhuǎn)化率。以膠體炭為原料制備高性能的多孔炭材料具有很好的電化學(xué)性能和吸附性能。廢棄稻殼經(jīng)過化學(xué)改性制備高吸附性能的碳材料，可以應(yīng)用在污水處理方面。生物質(zhì)的綜合利用可以實(shí)現(xiàn)二氧化碳的負(fù)增長(zhǎng)，創(chuàng)造巨大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，為環(huán)境保護(hù)奠定基礎(chǔ)。

【關(guān)鍵詞】：
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TQ127.11
【目錄】：

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2 記者 李秀萍　實(shí)習(xí)記者 馬鈞禹;[N];兵團(tuán)日?qǐng)?bào)(漢);2011年

中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 夏笑虹;酚醛樹脂基多孔炭材料的可控制備與電容性能研究[D];湖南大學(xué);2012年

2 丁麗麗;生物質(zhì)基碳材料的制備及性能研究[D];吉林大學(xué);2014年

3 張文峰;針狀中孔結(jié)構(gòu)炭基材料的制備及其超電容性能研究[D];清華大學(xué);2012年

4 王麗麗;生物質(zhì)基膠體碳的制備及應(yīng)用研究[D];吉林大學(xué);2012年

5 陳冬;多孔炭負(fù)載氫氧化鎳復(fù)合電極研究[D];北京化工大學(xué);2013年

6 袁曉玲;氮摻雜多孔炭材料的制備、表征及性能研究[D];吉林大學(xué);2012年

7 張琳;多孔炭材料的制備及其電化學(xué)電容特性的研究[D];湖南大學(xué);2007年

8 郭春雨;瀝青系多孔炭的結(jié)構(gòu)及其電化學(xué)性能的研究[D];天津大學(xué);2007年

9 王艷素;炭基電極材料制備及其孔結(jié)構(gòu)對(duì)電容器性能的影響[D];天津大學(xué);2008年

10 王剛;鋰離子二次電池用錫基負(fù)極材料的制備與性能研究[D];南開大學(xué);2009年

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 朱文慧;多孔炭結(jié)構(gòu)調(diào)控及其在飲用水凈化中的初步應(yīng)用[D];中國(guó)石油大學(xué);2011年

2 劉哲;氮摻雜多孔炭的制備及其電化學(xué)性能研究[D];大連理工大學(xué);2013年

3 孫麗紅;共聚炭化法制備多孔炭材料及其性能研究[D];湖南大學(xué);2012年

4 李佳潔;金屬有機(jī)框架材料及多孔炭材料的氣體吸附分離性能研究[D];遼寧師范大學(xué);2013年

5 吳曉慧;摻氮多孔炭材料的制備及其對(duì)CO_2的吸附性能研究[D];大連理工大學(xué);2012年

6 陳悅;稻殼基多孔炭應(yīng)用開發(fā)研究[D];吉林大學(xué);2011年

7 李文;有序多孔炭的制備及其電容特性和CO_2吸附性能[D];山東理工大學(xué);2011年

8 錢旦;納米結(jié)構(gòu)整體式多孔炭的制備及在CO_2吸附分離中的應(yīng)用研究[D];大連理工大學(xué);2012年

9 樊瑞軍;多孔炭的制備、改性及其在CO_2吸附中的應(yīng)用[D];大連理工大學(xué);2013年

10 程潔;煤液化殘?jiān)�基多孔炭的制備及電化學(xué)應(yīng)用[D];大連理工大學(xué);2012年

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本文編號(hào)：162357