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文檔簡介
1、生物炭是農(nóng)林廢棄物在限氧條件下低溫熱解形成的一種功能化環(huán)保材料,其優(yōu)良的吸附性能、豐富的原料來源和低廉的價格特征吸引了越來越多研究者的廣泛關(guān)注,已經(jīng)成為國內(nèi)外的熱點研究領(lǐng)域和前沿研究課題。但是目前國內(nèi)外關(guān)于生物炭環(huán)境生態(tài)效應(yīng)的研究報道主要集中在土壤改良及其污染治理,還未見生物炭治理 H2S的研究報道。本文在研究設(shè)計生物炭規(guī)?;苽溲b置及其性能調(diào)控的基礎(chǔ)上,采用傅立葉紅外光譜分析、熱解動力學(xué)等方法,以香樟樹枝、竹子、稻殼等典型農(nóng)林廢棄物為
2、研究對象,開展了農(nóng)林廢棄物及其炭化條件對生物炭性能影響的研究;在此基礎(chǔ)上,采用分子生物學(xué)和微生物富集培養(yǎng)與固定化技術(shù),系統(tǒng)研究了從活性污泥中篩選出的QF1菌株固定化生物炭對H2S的吸附與脫除機理。論文對于農(nóng)林廢棄物的資源化利用、生物炭規(guī)?;a(chǎn)和H2S惡臭氣體的有效治理具有重要的理論和現(xiàn)實意義,主要研究結(jié)果如下:
1.同一熱解時間內(nèi),微波、自燃和電熱解制備的生物炭表面pH值均呈堿性特征,制備的稻殼生物炭產(chǎn)率分別為47.97%,
3、61.66%和67.75%;對基于熱自燃理論設(shè)計的三段式炭化爐研究表明,生物炭原料含水量增大會延長炭化爐炭化時間,降低炭化效率,進氧量是調(diào)控炭化爐內(nèi)熱解溫度,提高炭化效率的一個重要參數(shù)。
2.炭化爐內(nèi)生物質(zhì)炭化熱解溫度時空變化特征研究表明,隨著炭化時間的延長,各層的熱解溫度逐步上升,上升速率表現(xiàn)為中層>下層>上層;爐內(nèi)空間溫度變化呈自下而上逐漸降低的特征,表現(xiàn)為下層>中層>上層;進氧量是調(diào)控炭化爐下層和上層熱解溫度的主要因素,
4、其中,對下層溫度的調(diào)控作用最大,中層溫度最小。
3.熱解溫度對不同粒徑生物炭產(chǎn)率、比表面積和灰分含量影響研究結(jié)果表明,100℃~500℃熱解溫度范圍內(nèi),不同粒徑生物炭均表現(xiàn)為隨著溫度的提高,產(chǎn)率逐漸降低,比表面積增大,灰分含量呈線性上升。其中,試驗熱解溫度范圍內(nèi),由香樟樹枝、竹子和稻殼制備的生物炭平均產(chǎn)率分別下降了67.13%、66.72%和49.62%,表現(xiàn)為香樟樹枝>竹子>稻殼;三種生物炭比表面積的變化與大小依次為:稻殼>
5、竹子>香樟樹枝,灰分含量則呈顯著線性上升關(guān)系。
4.生物炭表面傅里葉紅外光譜(FTIR)特征及其 pH特性形成機理分析研究表明,稻殼、香樟樹枝和竹子生物炭表面pH特性與COO,OH和COH有機堿性基團有關(guān)。當熱解溫度在400℃和500℃的時候,三種生物炭的堿性與其表面存在的COO官能團和OH等其他官能團發(fā)生酯化或脫水等化學(xué)反應(yīng)有關(guān),其中,500℃熱解溫度條件下,表面pH超過10的強堿性稻殼和竹子生物炭中存在COH振動峰。
6、> 5.采用阿倫尼烏斯(Arrhenius)方程,計算相同升溫速率下三種生物質(zhì)熱解反應(yīng)活化能和頻率因子的大小依次為香樟樹枝>竹子>稻殼。
6.隨著熱解溫度的提高,生物炭對H2S的穿透與飽和時間延長,不同類型生物炭對H2S的最大穿透和飽和時間依次為稻谷和竹子生物炭>香樟樹枝生物炭。不同粒徑大小生物炭吸附H2S的穿透與飽和時間依次為小粒徑>中粒徑>大粒徑。
7.400℃和500℃熱解制備的小粒徑香樟樹枝、竹子和稻殼生物
7、炭對H2S的穿透和吸附飽和時間均比市售的果殼活性炭長,活性炭對H2S吸附曲線的斜率比生物炭大,容易達到飽和,這與生物炭和活性炭的表面pH值有關(guān)。其中,果殼活性炭的表面pH值最低,對H2S的吸附容量為28.21mg/g,稻殼生物炭表面pH值最高,對H2S的吸附容量最大,達到382.71mg/g。四種炭材料對H2S吸附容量的大小為稻殼SRB500>竹子SBB500>香樟樹枝SCB400>果殼活性炭AC。Yoon-Nelson模型的擬合結(jié)果表
8、明,稻殼SRB500生物炭固定床層吸附H2S的飽和常數(shù)和速率常數(shù)分別為50%和0.0083。
8.采用富集培養(yǎng)法,從活性污泥中篩選出1株脫硫菌株QF1,經(jīng)16SrDNA測序鑒定為壤霉菌(Agromyces),屬革蘭氏陰性、好氧異養(yǎng)菌,有鞭毛,最適pH為中性至弱堿性;不同生長條件研究結(jié)果表明,菌株最適宜的搖床轉(zhuǎn)速為200r/min,生長溫度為30℃;對硫離子的最大去除率為34.78%。
9.生物炭吸附動力學(xué)研究表明,M
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