不同花类碳化后的表征

论文总字数：16629字

目 录

第一章、引言 5

1.生物炭的定义 5

2.生物炭的来源及用途 5

3.研究背景及现状 5

4.研究目的及意义 6

5.研究内容 6

第二章、实验部分 7

1.实验材料 7

2.生物炭特性分析 7

2.1红外光谱分析 7

2.2 X射线衍射（XRD）分析 7

2.3扫描电子显微镜分析（SEM） 7

第三章、结果与分析 8

1.计算产率 8

2.红外光谱分析 8

2.1红外光谱原理 8

2.2两种花特征峰的分析 8

第四章、 结论与展望 15

1.结论 15

2.展望 15

参考文献 16

致谢 19

不同花类制备生物炭及表征

高海霞

, China

Abstract: Biochar is a solid refractory, immutable, highly aromatized, carbon-rich material. Biochar can be used not only as soil modifier, but also as reducing agent, fertilizer slow-release carrier and carbon dioxide sequestration agent. Now it has been widely used in carbon sequestration, water purification, heavy metal adsorption and soil improvement, etc. In this paper, different kinds of flowers (Magnolia, camellia) were used to prepare biochar. The different flowers were dried and crushed at room temperature for carbonizing directly to produce biomass carbon powder. These two kinds of biochar are made at 400 ℃. The process of preparing biochar from different flowers is simple. The operation method is simple. The obtained biochar has less hardness and good porosity. It has abundant micropore structure and good adsorbability. Two kinds of biochar were also characterized by IR, X ray diffraction and scanning electron microscope. The structure of different biochar was studied. The structure and morphology, elemental composition, specific surface area, pore size dispersion and physical and chemical properties of functional groups were analyzed or characterized.

Keywords: Charcoal; IR; XRD; Scanning electron microscope

第一章、引言

1.生物炭的定义

生物炭不是一种简单通俗意义上的木炭，它是经由缺氧和热解过程碳化将木料、草、玉米秆或别的农作物废物的进程[^[3]]，而是一种碳含量极其丰富的木炭。这类由植物和目标固定碳组成的木炭被科学家们称为“生物炭”。它的理论基础是：生物质，无论是动植物，在没有通过氧气燃烧的情况下，都可以形成一种木炭。现如今，全球气候变暖是一个重要话题，而生物质炭化技术被认为是公认的解决气候变化问题的可行性技术措施之一。生物炭具有材料来源普遍、低廉的出产成本、无污染、可以大面积生产等明显长处。生物炭可广泛应用于生态、环境等范畴，如果应用于生态能源领域，因为一些天然能源被大量开发，人们开始寻找替代性的可再生能源，而生物炭就可用作煤、石油、天然气等的洁净能源替换品。与此同时，生物炭可进一步加工形成活性炭，活性炭是一种很好的带有吸附作用的物质，可以对重金属污染离子有重要的吸附作用[^[4]]。

2.生物炭的来源及用途

从很久之前，木炭就被人类运用到生活中了，比如在一些取暖设备还没有研发出来的时候，人们就会大量砍伐树木来燃烧，从而发现了一些植物未充分燃烧后，产生了一种木炭。而这种木炭比直接燃烧树木节省多了，但也有其缺点，就是要制作木炭时间周期长，而且会耗大量的树木这些不可再生资源。相比较来说，生物炭的来源就多了，比如一些如秸秆等农作物就可以制备出。经过调查发现，我国是废弃秸秆生产最多的，多达60亿吨一年，为了合理利用废弃物资源，并且在不破坏环境的前提下，一种生物质机制炭被制取出来了。

生物炭可以制备一种高性能机制炭，它来源就不止止限于树木，其他的废弃农作物只要是生物质都可以用来制备，而且不像传统意义上的制炭方式产率低，它是可以大量生产的，在生产过程中不会像传统意义上的制炭方式产生会污染环境的气体；可以制备过滤炭砖，大理石地面是很多人会采用的铺地面方式，但其缺点就是它不能吸水，假如地面上很脏，泼点水在大理石地面上，它要花很长时间才能被风干，而用生物炭所制备的炭砖就可以将其水分吸干；

可以制备具有吸附功能的产品如活性炭，在污水处理是活性炭就有很大的作用，它不仅可以吸附重金属离子，还可以吸附一些大分子有机物、芳香族化合物和卤代烃等；可以制备无烟香，一般的香通过燃烧后会产生对人体有害的烟雾，而这种无烟香的产生就不会产生这种情况；可以改良土壤，现如今，农田由于大量使用农药、化肥等化学物质，使土壤质量变差，从而农作物产量降低，而生物炭中的养分被聚集起来，其中的钙镁等元素就对土壤进行碱化，使土壤更具有农作物所需要的营养。

3.研究背景及现状

生物炭作为一种新型的土壤改良剂和吸附剂,近年来已经成为农业、环境、能源等领域的关注热点[^[5]]。它作为一种绿色环保的功能材料，它有着独特的发展前景，由于其在污水处理和污染土壤修复方面具有显著效果，而引起了人们的广泛关注。 目前，国内外对生物炭的研究尚处于起步阶段。我们国家具有丰富的生物质废弃物资源，但是，我国生物质废弃物的利用效率相对较低，尤其生物炭生产尚在起步中。国内对竹炭的研究较为先进，主要用于空气净化剂和纺织品中[^[6]]。近年来，随着与国外的合作与交流中，生物炭的研究不断深入，中国生物炭农用研究也开始了。此外，生物炭土壤改良和肥料利用研究也取得了初步成果。生物炭被用作土壤改良剂，这主要是由于它具有相当高的防腐稳定性和具有超高的养分保留能力。它还有减缓温室效应、改良土壤、减轻环境污染的环境效益。

4.研究目的及意义

炭化是指有机物质受热后分解而留下残渣或炭的过程，这个过程通常是在低氧、无氧或持续的惰性气体如氮气的供应状态下加热进行的[^[7]]，在300℃左右时，半纤维开始分解成二氧化碳和二氧化碳气体，乙酸焦油液体，并且边挥发边炭化，随着温度连续升高，将产生具有一定固定碳质体和基础性的细微多孔结构的木炭[^[8]]。

本文主要研究目的是利用不同花的品种，通过成型生物质炭化工艺生产优良、洁净、便利的成型炭，研究不同品种的花所产生的不同生物炭的特征。为了有效利用生物质能源,以两种花（玉兰花和山茶花）为原料,利用限氧裂解升温法制备了不同温度下的生物炭,表征了其基本特性。因为生物炭具有促进植物生长、缓慢分化和降低重金属和有机污染物生物利用度的作用。随着工农业生产不断发展，重金属和有机污染物污染水平日益严重，给我国环境和食品安全带来了严峻的挑战。生物炭具备有较大的比表面积和微孔结构，富含表面官能团，可吸附重金属和有机污染物，这降低了污染物的生物有效性和环境风险。

5.研究内容

以不同的花样为原料，在温度400℃下制备生物炭，利用扫描电子显微镜、红外光谱、XRD衍射三种分析手段对三种花样生物炭结构特征进行全面表征和比较分析。首先，将三种花样分别进行碳化，研究其得到的三种生物炭的产率。其次，将得到的三种生物炭分别进行表征研究他们的结构特征。通过红外光谱研究分子的结构和化学键，如力常数和分子对称性的确定等，并确定所制得的生物炭中存在哪些有机官能团。通过生物炭内部晶体结构的XRD衍射研究，生物炭的碳化形成过程中形成了大量的结晶纤维素和无定型炭、碳酸盐类等物质，利用XRD研究不同花样制成的生物炭，有助于理解生物炭结构机理和组成。通过扫描电镜（SEM）对不同花样生物炭进行测试表面形态，分析其孔隙结构及比表面积。

第二章、实验部分

1.实验材料

选择玉兰花和山茶花花瓣为原料，经过三次水洗去除表面黏附物及灰尘和三天风干后，称取了0.1g玉兰花和0.18g山茶花分别置于石英舟中，再分别放入控温管式炉中，先通入氮气30min，加热到400 ℃，使它反应两小时，然后停止加热，等到它冷却至室温后取出制得的两种炭化产物，接下来用10 ml 5%的盐酸溶液处理这两种炭化产物5分钟，去除灰分，用布氏漏斗进行过滤，再将这两种多孔碳置于120 ℃真空干燥箱中干燥1小时，称重，计算产率。实验所要用到的仪器如以下表1.1。

表1.1 炭化用的仪器

2.生物炭特性分析

剩余内容已隐藏，请支付后下载全文，论文总字数：16629字

相关图片展示：