廢棄生物質(zhì)制備碳材料及其底泥修復(fù)與儲(chǔ)能應(yīng)用研究.pdf

1、作為可再生資源，農(nóng)林廢棄生物質(zhì)的利用引起人們的極大關(guān)注。與露天焚燒相比，生物質(zhì)熱解是一種綠色、低污染的處理方法，其產(chǎn)物主要包括生物炭、生物油和熱解氣。本論文研究了生物質(zhì)熱解得到的生物炭在環(huán)境及儲(chǔ)能方面的應(yīng)用，以及利用熱解氣合成碳納米材料。其中，稻殼生物炭用作底泥修復(fù)劑，來限制底泥中污染物的釋放，防止污染物向上覆水遷移。生物質(zhì)熱解得到的氮摻雜多孔碳材料有著較好的電化學(xué)性能，能用作超級(jí)電容的電極材料。最后利用各種生物質(zhì)熱解氣合成3D石墨烯泡

2、沫，實(shí)現(xiàn)了廢氣的資源化。論文的具體研究內(nèi)容和結(jié)果如下:
　　1.底泥中污染物的釋放是人們比較關(guān)心的話題，作為低成本和無毒的材料，稻殼生物炭可以實(shí)現(xiàn)對(duì)污染底泥的原位修復(fù)。在實(shí)驗(yàn)中，我們用不同厚度的生物炭(0.62，1.25，3.33和6.20mm)對(duì)銅離子和4-氯酚污染的底泥進(jìn)行修復(fù)。結(jié)果顯示，在pH為5或7時(shí)，一定厚度的生物炭可以有效抑制銅和4-氯酚的釋放，并使水體中污染物濃度符合相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于pH為3的高酸性水體，與空白組相

3、比，6.20mm厚的生物炭可以把上覆水中銅離子的濃度減少10倍以上。釋放動(dòng)力學(xué)模擬結(jié)果說明，生物炭的加入可以增加污染物的傳質(zhì)阻力，多孔表面和豐富的官能團(tuán)抑制了污染物從底泥向水體的釋放。
　　2.用麥秸稈生物質(zhì)作為碳源，三聚氰胺作為氮源，混合鹽作為反應(yīng)溶劑和造孔劑，一步制備得到了氮摻雜的多孔生物質(zhì)基碳材料。超級(jí)電容器電極測試結(jié)果顯示，氮含量為7.78％的材料有著較高的電容性能(447F/g)，其主要原因是在鹽模板活化反應(yīng)中氮摻雜和比

4、表面的提高。同時(shí)，在最佳摻雜比例下（1g生物質(zhì):1g三聚氰胺），熱解產(chǎn)物中硅的去除有助于提高材料電容性能，但是熱解前原材料直接去硅對(duì)材料的電化學(xué)性能有負(fù)面影響，這是因?yàn)楣柙跓峤鈸降^程中能夠催化活性氮形成，并在后續(xù)的處理中起著造孔作用。
　　3.生物質(zhì)熱解過程中產(chǎn)生的大量廢氣通常隨惰性載氣一起被排放，造成大氣污染。在實(shí)驗(yàn)中，我們采用熱重力學(xué)分析和傅里葉紅外變換聯(lián)用技術(shù)(TGA-FTIR)對(duì)纖維素和木質(zhì)素的熱解氣相產(chǎn)物進(jìn)行了分析，發(fā)