论文总字数：25004字

摘 要

水热法处理生物质制备的炭材料在吸附领域、电极领域、燃料领域、超级电容器领域都具有广阔研究前景，是当下最具研究意义的热门课题之一。在瓜果产业中，瓜瓤、果皮等产业废弃物也是生物质原料，它们普遍具有的高含水性导致很难被用于燃料燃烧领域或者是热裂解制备炭材料，且此类生物质原材料具有的特殊结构可能因过高的裂解温度而破坏。而水热制炭技术无需干燥、温度温和的特点正与这类含水率高、有特殊结构的生物质原料相契合，故本课题对此类生物质水热制炭的炭产率以及水热炭对重金属离子吸附性，进行了关于水热时间和温度特性规律的研究。

本论文以打瓜瓤、香蕉皮作为瓜瓤类与果皮类典型物料开展水热制炭研究工作。考察了反应时间、反应温度对炭产率的影响，并进行了重金属离子吸附特性研究。结果表明，果皮类水热炭结构偏向片状、产率较高、对时间与温度变化敏感度较高；瓜瓤类水热炭更松软细小、对镉离子吸附性相对较好、易在溶液中分散且热稳定性较好。炭产率较高的水热条件为：在220℃、4h水热条件下瓜瓤类水热炭产率为17.3%；200℃、6h条件下果皮类水热炭的产率达到了50.37%。对镉离子吸附较好的水热条件如下：在240℃、6h水热条件下瓜瓤类水热炭对50mg/L氯化镉溶液中镉离子吸附率达到53.1%；果皮类水热炭则在220℃、4h水热条件下达到了38.86%的吸附性。

关键词：高含水性，生物质，水热制炭，炭产率，吸附性

Abstract

Carbon materials prepared by hydrothermal treatment of biomass have broad research prospects in the fields of adsorption, electrodes, fuels, and supercapacitors, and it is one of the most popular topics in the present study.In the melon and fruit industry, industrial wastes such as pulp and peel are also raw materials for biomass, their high water content generally makes it difficult to be used in the field of fuel combustion or in the preparation of carbon materials by thermal cracking, and the special structure of such biomass may be destroyed by excessive thermal cracking temperature. However, the technology of hydrothermal carbon making without drying and mild temperature is in line with this kind of biomass material with high moisture content and special structure, so this study aim to explore the characteristic law between the productivity, adsorption of heavy metal ions and hydrothermal condition.

In this study, the melon pulp and banana peel were used as the representatives of the pulp and peels. The changes of the carbon yield and adsorption properties of the two kinds of hydrothermal charcoal were summarized, and the characteristics of the two kinds of hot carbon were compared. The result shows that the structure of the carbon made by peel is partial, high yield, high sensitivity to time and temperature. The pulp hot carbon is more soft and fine, the adsorption of cadmium ion is relatively good, and it is easy to disperse in solution and have good thermal stability. And these following value results which have great value are showed in the study: under the condition of 240 ℃ and 6 hour water heat time, the adsorption rate of cadmium in 0.1 grams of melon pulp reached 53.1% for 50 milligrams of 50 mg / L of cadmium chloride solution. Peel hydrothermal charcoal adsorbed 38.86% at 220℃ and 4 hours under hydrothermal time, and the highest carbon yield of 60.12% is obtained.

KEY WORDS: High water content，biomass，Hydrothermal processing，Char yield，Adsorbability

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 生物质水热制炭综述 1

1.1.1 生物质 1

1.1.2 生物炭 1

1.1.3 生物质制炭技术与水热制炭 1

1.2 项目背景 2

1.2.1 国内外生物质水热制炭研究现状 3

1.2.2 水热制炭优点与特性 3

1.2.3 项目的研究意义 3

1.3课题的研究内容以及技术路线 6

1.3.1 课题的研究目的 6

1.3.2 课题的研究内容 6

1.3.3 课题的技术路线 7

第二章 水热制炭研究 8

2.1引言 8

2.2 实验部分 8

2.2.1 使用的实验装置与设备 8

2.2.2 实验原料与处理方法 10

2.2.3 实验方案与步骤 11

2.2.4 实验数据处理方法 12

2.3 实验结果与分析 12

2.3.1 不同生物质原料种类的影响 12

2.3.2 不同水热时间的影响 14

2.3.3 不同水热温度的影响 17

2.4 小结 20

第三章 结论汇总与未来展望 21

3.1结论汇总 21

3.2 未来展望 22

致 谢 23

参考文献 24

绪论

生物质水热制炭综述

生物质

根据国际能源机构以及公认的定义^[1]，生物质指的是通过光合作用形成的所有有机物（动植物和微生物）。是仅次于煤炭、石油、天然气之后的第四大能量源，不得不说生物质在能源系统中占据了重要的地位。作为化石燃料的替代品，生物质具有很高的利用潜力，是未来最重要的能源之一。与化石燃料不同的是，化石燃料的形成需要数百万年的累积，而生物质则不然，植物就可以用作生物质的来源，甚至是经济价值低的植物的废弃物等。生物质的主要成分是纤维素、半纤维素木质素和萃取物，而每种组分的含量根据生物质的类型、生长阶段、植物生长条件的不同而不同，普遍来说，生物质与化石燃料相比含氧量较高，组分中的纤维素和半纤维素为植物提供了结构和机械强度，木质素则负责维持结构之间的稳定性。

1.1.2 生物炭

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