热解温度对土霉素菌渣焦炭化学性质的影响

研究了热解温度对土霉素菌渣化学性质的影响.采用电子自旋共振(ESR)波谱、X射线光电子能谱(XPS)和碳-13核磁共振(13C NMR)波谱分析了土霉素菌渣及热解焦碳中自由基、碳官能团的变化.结果表明,土霉素菌渣中含有大量自由基,自由基浓度随热解温度的升高显著变化.热解温度为320℃时,焦碳中自由基浓度最高,为1.239×10~(19)spins/g.热解过程中,随着挥发分分解析出、缩聚反应加剧,土霉素菌渣及其热解焦碳中的自由基由含氧自由基、烃基自由基、含氮自由基向芳香碳自由基转化.土霉素菌渣的碳结构在热解中发生明显改变,甲氧基CH_3—O—、脂肪族C—C键、脂肪族C—O键以及羰基(C=O)基团断键,产生大量的芳香族C—C键、芳香族C—O键.热解温度为600℃时,焦碳中芳香族碳官能团(芳香族C—H、C—C、C—O键)的比例达到94.14%.     

盐酸改性松木屑生物炭吸附海洋溢油的模拟研究

海洋石油开采和运输过程中发生的溢油事故会对周边海洋生态环境造成严重威胁。以松木屑为原料,分别在300 ℃、400 ℃和500 ℃条件下,热解2 h制备生物炭,然后用盐酸对其改性,分析了改性前后生物炭对海水中石油的吸附性能。结果表明,热解温度和盐酸浓度对生物炭吸油性能的影响较显著,当热解温度为400 ℃、盐酸浓度为5 mol/L时生物炭对海水中石油的吸附量最大,达到1.96 g/g;改性后的生物炭比表面积和总孔容减小,表面官能团种类未发生明显改变,含氧官能团数量减少;改性生物炭对海水中石油的吸附符合准二级动力学方程（R2=0.998）和Freundlich等温模型（R2>0.999）。研究结果将有助于开发经济、环保和除油效率高的海洋溢油吸附材料。     

生活垃圾热解产物中含氧物质的分布规律

采用热重分析、固定床实验、红外分析(FT-IR)研究了生活垃圾热解行为及产物中含氧物质的分布规律。用热重分析确定了生活垃圾主要失重区间(190~450℃),并计算此温度区间热解活化能为42.76 k J/mol。在热解终温为450~650℃条件下进行生活垃圾固定床热解实验,结果表明:随热解终温的增加,固体产物中氧分布率逐渐减小(39.2%~29.3%);热解气中氧分布率逐渐增加(22.1%~30.9%);热解液中氧分布率在40%左右。生活垃圾热解气中含氧成分主要是CO和CO2,在温度为450~650℃时,CO含量明显高于CO2,而CO2的释放速率则大于CO;固体产物中含氧官能团主要有—OH和C—O,其中峰面积比例顺序为C—O>—OH;热解液中含氧官能团主要有—OH、C O和C—O,其峰面积的比例顺序为—OH>C—O>C O。     

流化床污泥热解实验及产物性质研究

采用流化床反应器对城市污水污泥在400~600 ℃及800~950 ℃温度区间内进行了热解实验.结果表明,污泥受热升温过程经过干燥脱气、分解解聚和裂解缩聚3个阶段,在此过程中发生复杂的化学反应,生成热解气、焦油和半焦.热解温度为550 ℃时液体产率达到最大值,为50.35%,热解气产率在950 ℃时为51.58%,半焦产率随着热解温度升高而逐渐降低,950 ℃时为36.92%.污泥低温热解焦油含有较高百分含量的脂肪族碳氢化合物和类固醇类化合物,经加工可作为液体燃料利用,高温热解焦油可提取多种化工原料.热解气可作为合成气或燃烧利用.     

聚氯乙烯(PVC)类医疗废物的热解特性研究

为研究含聚氯乙烯医疗废物的热解特性,选取输液管和尿样盒为对象,利用差热热重分析仪,在氮气气氛下进行热重实验,探讨了二者热失重行为和机制,分析了反应过程中热量变化及热解剩余物性状,建立了反应动力学模型.结果表明,输液管和尿样盒的降解过程以主要成分PVC的热解机制为主导,分别在约200～390℃和约390～550℃区间内,呈现两段主要的热解过程,最大热解速率分别出现在315℃和470℃左右;增塑剂可降低样品脱氯的温度并增加失重率,样品复杂的成分导致失重峰不规则且不平滑;热解过程为吸热反应,呈现2个明显的阶段,分别对应试样的两段热解,热延迟的存在导致DTA峰温稍滞后于对应的DTG峰温;建立的"整体两步四反应模型"能很好地描述输液管和尿样盒的热解行为.     

浒苔生物炭的特征及其对Cr(Ⅵ)的吸附特点和吸附机制

为使浒苔得到资源化利用,本研究采用慢速热解技术于不同温度下制备浒苔生物炭,并对其理化性质进行表征.结果表明,400℃时,浒苔裂解已达较高程度.浒苔生物炭产率及灰分含量与热解温度呈负相关,碳含量与热解温度呈正相关,其表面呈蜂窝状多孔结构,比表面积为44.54~317.82 m~2·g~(-1),表面含有丰富的羟基(—OH)和羧基(—COOH)等含氧官能团.吸附实验显示,浒苔生物炭对Cr(Ⅵ)的吸附符合准二级动力学方程和Langmuir等温吸附模型.表明浒苔生物炭对Cr(Ⅵ)的吸附为单分子层化学吸附,主要受快速反应过程控制.浒苔生物炭吸附Cr(Ⅵ)的最适p H为2,吸附容量表现为BC400BC700BC600BC500BC300,其中BC400的吸附量为4.79 mg·g~(-1).浒苔生物炭对Cr(Ⅵ)的吸附机制主要包括生物炭与HCr O-4和Cr2O_2-7等阴离子之间的静电作用,以及生物炭表面—OH和—COOH等含氧官能团的络合作用.     

蚯蚓粪便制备生物炭及其对罗丹明B吸附的研究

为了寻求蚯蚓粪便(VM)新型、安全的资源化利用途径,采用慢速热解碳化VM制备生物炭(VMBC)并用作吸附剂.对比分析VM和VMBC的元素组成、pH、电导率、孔结构和表面官能团等理化性质及其热解行为的差异.同时,考察VMBC对罗丹明B(RB)吸附性能,并进一步探讨潜在的吸附机理.结果表明,VM经过热解碳化后,C、H、O、N、S的含量下降,芳香性和非极性增大.热重分析显示,VM有4个明显的失重阶段,且失重量较大,而VMBC在220℃和600℃有2个失重阶段,且失重量较小,表明VMBC热稳定性更高.VMBC对RB吸附在12 h达到平衡,增加pH不利于RB的吸附,且吸附过程为吸热反应.Freundlich模型对RB吸附结果拟合较好(R2=0.94).VMBC对RB吸附符合二级动力学模型(R2=0.94),表明VMBC主要通过化学作用对RB进行吸附.VMBC表面官能团(—OH、—NH和C—H等)对RB的吸附起重要作用,而内扩散和静电作用不是控制吸附的主导作用.     

高低阶煤和小球藻的共热解特性研究

该文通过热重分析法研究无烟煤、褐煤和焦煤3种煤化程度不同的煤和小球藻在单独热解、两者混合热解时的热解特性,以及两者在不同掺混比情况下在热解过程中的相互影响。主要研究结果如下:(1)煤在单独热解时,热解失重量随煤阶的提高而降低,热解起始温度随煤阶升高而升高。(2)煤和小球藻混合热解的协同作用随着煤阶的提高而降低,低阶煤和小球藻的共热解在300～500℃内表现出明显协同作用。超出该温度区间小球藻会阻碍煤的热解,其中对焦煤的影响最严重。     

改性污泥基生物炭的制备及其对Cd2+的吸附特性研究

为了提高废水中Cd~(2+)的去除效率并获得高效、低成本吸附剂,以市政污泥为原料,在300℃和500℃条件下限氧热解制备生物炭(BC300和BC500)并用NaOH进行改性(NC300和NC500)。通过元素分析、扫描电镜和傅里叶红外光谱等方法对污泥基生物炭进行表征,运用吸附动力学和吸附等温线系统研究了改性前后污泥基生物炭对Cd~(2+)的吸附特性。结果表明:与未改性的污泥基生物炭相比,改性污泥基生物炭的极性降低,疏水性增强;碱改性炭表面具有更多的-CH_2-,C=O和C-O等官能团,有利于水体中Cd~(2+)的吸附; 4种污泥基生物炭对Cd~(2+)的吸附过程符合准二级动力学方程和Freundlich等温吸附模型,NC300和NC500对于Cd~(2+)的最大平衡吸附量较改性前分别提高了2倍和1.1倍。     

紫外辐照引入含氧官能团对生物炭吸附气体和水中苯的影响

以椰壳为原料制备生物炭,采用365 nm紫外光辐照增加吸附剂表面含氧官能团,探究其对生物炭吸附气体和水中苯的影响.理化表征和吸附实验结果表明,生物炭表面含氧官能团增加后,对气体中苯的吸附量提高9.25倍,而对水中苯的吸附量却降低14.64%.生物炭对气体中苯的吸附过程符合Elovich动力学模型,而对水中苯的吸附过程符合准二级动力学模型.含氧官能团的引入使生物炭对气体和水中苯的等温吸附过程从符合Freundlich模型变为符合Langmuir模型.Weber-Morris模型分析认为,增加含氧官能团,可增强生物炭对气体中苯的表面吸附速率,却阻碍了苯从水中向吸附剂颗粒内扩散的过程,水分子与苯竞争吸附是导致生物炭对水中苯吸附量降低的主要原因.     

不同热解温度生物炭对 Cd(Ⅱ)的吸附特性

以花生壳和中药渣为原料,分别于300、350、400、500、600℃下慢速热解制备生物炭,并表征其物理化学性质.研究不同p H、吸附时间和Cd(Ⅱ)浓度下生物炭对Cd(Ⅱ)的吸附特征.结果表明,随着热解温度的升高,生物炭的碳化程度增加,比表面积增大,含氧官能团数量减少,π共轭芳香结构更加完备,Ca和Mg等无机元素不断富集,矿物溶解性降低,导致了Cd(Ⅱ)在不同热解温度生物炭上吸附能力及机制的差异.随溶液p H的升高(2.0~6.0),生物炭对Cd(Ⅱ)的吸附量逐渐增加.吸附过程可分为快吸附和慢吸附两个阶段,吸附速度受膜扩散、颗粒内扩散和沉淀作用、离子交换等过程的控制.随热解温度的升高,快吸附在生物炭对Cd(Ⅱ)的吸附中所占比例逐渐降低.高温生物炭(≥500℃)中含氧官能团的锐减及难溶晶体矿物的形成降低了其对Cd(Ⅱ)的快吸附速率.沉淀和离子交换可能是低温生物炭(≤400℃)吸附Cd(Ⅱ)的主要机制;高温生物炭(≥500℃)中更完备的π共轭芳香结构增加了Cd-π作用对吸附的贡献,而难溶磷酸盐和碳酸盐的形成则降低了沉淀作用对吸附的贡献.这些研究结果为筛选对Cd(Ⅱ)具有高效去除或固持能力的功能生物炭(designer biochar)提供了重要的理论数据.     

煤中微量有害元素的挥发性

利用3 种热解反应装置(密闭模拟下落床、流动气氛模拟下落床和固定床)研究了 6种煤中 As、Pb、Cr、Cd 和 Mn等微量有害元素的挥发性随温度(300～1000℃)的变化规律,同时考察了热解装置的影响.结果表明,这 5 种元素的挥发性均随热解温度的升高而升高;6 种煤中 As、Pb、Cd均表现出与Cr 和 Mn相比具有较强的挥发性,但它们的挥发温度不同,其中 As 的挥发主要发生在 300～700℃,Cd 主要在 500℃以上挥发,Pb 主要在 800℃以上挥发.热解过程中,微量元素在半焦孔道内扩散时产生的反应是影响元素析出的重要因素之一.     

热解条件对生物炭性质和氮、磷吸附性能的影响

以橡木为原料,在不同的热解终温、升温速率和恒温时间下制备生物炭.对生物炭产率、p H、元素组分、工业组分、比表面积、红外光谱等理化特征进行分析,并考察生物炭对水溶液体系中NO-3-N、NH+4-N、PO3-4-P的吸附性能.结果表明:生物炭的产率受热解终温影响最大(极差:54.57%),恒温时间次之(极差:1.16%),升温速率最小(极差:0.42%).随热解终温、升温速率和恒温时间的增加,所得生物炭的p H和C含量增加,而H和O含量降低.热解终温对生物炭表面官能团影响较大,升温速率和恒温时间基本无影响.生物炭对氮、磷的吸附性能主要受热解终温影响.NO-3-N的吸附量最大可达2.80 mg·g-1(600℃),且随热解终温的升高呈指数增加.比表面积、表面碱性官能团和表面金属氧化物与NO-3-N吸附有关.随热解终温的增加,NH+4-N吸附量降低,最大吸附量为3.12 mg·g-1(300℃).阳离子交换量(CEC)是影响NH+4-N吸附的主要因素.PO3-4-P吸附量随热解终温的增加呈先增后减的趋势(在500℃达到最大,为9.75 mg·g-1),且吸附过程主要受生物炭表面碱性官能团和表面金属氧化物的影响.     

老化的生物质炭性质变化及对菲吸持的影响

将稻壳分别在350℃和550℃热解温度下制备成生物质炭,避光条件下恒温培养300 d,通过傅里叶变换红外光谱、扫描电镜和核磁共振等技术手段及平衡吸附实验,探究生物质炭老化前后的动态结构变化及对菲吸持作用的影响.结果表明,生物质炭老化过程中氧含量增加,含氧基团增多,对菲的非线性吸附行为显著增强.热解温度的不同决定了生物质炭老化过程中性质变化的差异,350℃热解的生物质炭,老化后极性增强,芳香性减弱,而550℃热解的生物质炭,老化后脂肪族碳类物质增加,羧基减少,芳香性增强,Langmiur预测的菲在350℃热解的生物质炭上老化前后的最大吸附量分别为3.57 mg·g-1、2.35mg·g-1,主要是老化后性质变化抑制了表面吸附作用,而550℃热解的生物质炭上老化前后的最大吸附量分别为0.42mg·g-1、4.17 mg·g-1,老化后吸附量的显著增加主要是生物质炭性质变化促进了对菲的分配作用与表面吸附作用.研究生物质炭在自然环境中的老化行为对环境污染物固定的稳定性有着重要意义.     

荷梗生物炭理化性质及其对水中Cd的吸附机制

为探究HBC（荷梗生物炭）的基本理化性质及其对水中Cd2+的吸附机制,以荷梗为原料,在300~700℃热解温度下制得HBC,通过灰分分析、元素分析、SEM（扫描电镜）分析及FTIR（傅里叶红外光谱）分析初步探明HBC的基本理化性质并确定其最优热解温度,同时利用经典的吸附动力学模型和等温吸附模型对HBC吸附水中Cd2+的内在机制进行分析.结果表明:HBC的最优热解温度为400℃,灰分物质显著影响了HBC的pH,进而对其吸附性能产生影响.SEM分析结果显示,HBC具有发达的多孔结构,其中400℃下制备的HBC（记为HBC-400）多孔结构最优.元素分析结果显示,HBC中φ（C）逐渐升高而H/C[φ（H）/φ（C））]、O/C[φ（O）/φ（C）]下降,表明随热解温度升高HBC逐渐失水且炭化程度逐渐增强.FTIR分析表明,HBC表面存在大量羟基、羧基和羰基等含氧官能团,随热解温度升高,HBC芳构化程度增强而表面官能团丰度降低.试验条件下,HBC对Cd2+的平衡吸附量已达39.239 mg/g,吸附平衡时间为600 min.通过对吸附动力学及等温吸附模型拟合结果分析可知,水中Cd2+在HBC上的吸附是发生在多相异构表面的多分子层混合吸附.综合考虑HBC的理化性质及模型拟合结果可以推测Cd2+在HBC上的吸附可分为3个过程:① Cd2+在浓度梯度力作用下由溶液迅速扩散到HBC表面.② Cd2+与HBC表面官能团发生络合、离子交换反应,与金属氧化物、碳酸盐等发生共沉淀反应.③ Cd2+扩散到HBC的多孔结构中,与苯环上普遍存在的π电子结构发生阳离子-π作用.研究显示,HBC具有碱性、发达的多孔结构、丰富的表面官能团和高稳定性等优良性质,HBC对水中Cd2+的吸附是在其多孔介质表面进行的化学主导吸附过程,因此,可为生物炭类环境功能材料的研制提供选材依据.      

造纸污泥热解特性及动力学研究

为了解污泥在氮气氛围下的热解特性,利用热重分析仪对造纸污泥进行了实验研究。实验发现,在10℃/min和20℃/min的升温速率下,污泥热解过程都经历了三个阶段的失重。实验还发现污泥与煤混合物的热解速率在固定碳燃尽阶段与单独污泥热解相比较得到了较大的提高。并根据对热重曲线的分析,得到污泥的反应动力学参数:频率因子和活化能。     

水稻秸秆生物炭对磺胺类抗生素的吸附研究

研究了3种热解温度分别为300℃(S300)、450℃(S450)、600℃(S600)的水稻秸秆生物炭对两种磺胺类抗生素的吸附性能及机制,同时考察了溶液p H值及离子强度对吸附的影响。结果表明,生物炭对磺胺二甲基嘧啶(SM_2)和磺胺甲恶唑(SMX)的吸附均符合准二级动力学方程;等温吸附曲线用Langmuir方程拟合优于Freundlich方程,3种生物炭的最大吸附量随热解温度的升高而升高,且对SM_2的吸附能力优于SMX,600℃热解的秸秆炭对SM_2和SMX的最大吸附量分别可达到2 857.1 mg/kg和1 724.1 mg/kg。溶液p H显著影响吸附,SM2和SMX的吸附以中性形态为主,p H在3~11的范围内,SM_2和SMX的最佳p H分别为5和3。生物炭对2种抗生素的吸附能力随离子强度的升高而轻微下降。红外光谱分析表明,氢键结合、π-π共轭是秸秆生物炭吸附2种磺胺抗生素的主要机理。     

碳基催化剂表面含氧官能团对NO催化还原反应的影响研究

以富含表面含氧官能团的氧化石墨烯(GO)作为研究对象,考察GO及GO负载铁催化剂(Fe@GO)在NO-SCR中的主要结构单元及其在不同反应温度下的作用机理,发现在100℃反应条件下,对NO分解起主要作用的是羧酸基团,GO对NO的去除效率大于Fe@GO;而300℃反应条件下,GO表面大量羧酸基团受热分解,无法起到去除NO的作用,而Fe@GO中酸酐基团和C-Fe-O基团在较高的反应温度下开始发挥作用,使催化效率显著增加,故Fe@GO对NO的去除效率大于GO。     

蚯蚓粪便生物炭对水体中雌二醇的吸附

为寻求高效、廉价的E2(雌二醇激素)吸附剂及开拓蚯蚓粪便的资源化利用途径,将蚯蚓粪便在300、500和700 ℃下热解碳化制备生物炭(分别记为BC300、BC500和BC700),对所得生物炭的基本理化性质(包括物质组成、表面官能团、孔隙结构等)进行分析,并将其用于吸附水体中E2,考察生物炭投加量、溶液pH、反应时间及初始ρ(E2)对生物炭吸附性能的影响,并探讨了吸附机理.结果表明:随热解温度的升高,生物炭的H/C(原子比)由0.13降至0.03,O/C(原子比)由0.46降至0.02,芳香性增强,极性降低,逐渐由脂肪炭结构过渡到芳香炭结构;生物炭比表面积由24.33 m2/g增至76.29 m2/g,总孔体积由0.09 cm3/g增至0.19 cm3/g.不同热解温度下制备的生物炭对E2的吸附过程均符合准二级动力学方程,拟合系数大于0.991;Langmuir和Freundlich等温吸附模型均能较好地描述蚯蚓粪便生物炭对E2的吸附过程,Langmuir理论最大吸附量表现为BC700(7.66 mg/g)>BC500(5.23 mg/g)>BC300(3.32 mg/g).随热解温度的升高,O/C和H/C降低,说明碳化程度增强,生物炭吸附E2的分配作用减弱而表面吸附作用增强.研究显示,蚯蚓粪便生物炭对E2的吸附效果随比表面积和孔体积的增加而增强.      

黄绵土N2O排放的水分效应及动力学特征

通过室内模拟试验,研究湿度对西北地区黄绵土N2O排放的影响.结果表明:在试验温度下,随着土壤湿度增加,土壤N2O捧放量增加;但土壤孔隙含水量(WFPS)为20.67%时例外.此时黄绵土对空气中N2O有吸附现象,即在低含水量时,黄绵土有可能是N2O的汇.在试验设计的土壤湿度范围内,15℃条件下土壤N2O排放的最大水分效应区间在49.18%～57.86%(WFPS)之间,20℃条件下在38.14%～49.18%(WFPS)之间,25℃、30℃和35℃时累积量湿区在20.67%～38.14%(WFPS)之间,即随着温度的升高,N2O的最大水分效应区间提前.土壤N2O累积排放量(y)动力学曲线符合修正的Elovich方程(P<0.01),随着湿度的增加,表观排放速率(b)增大,25℃、300C和35℃时,N2O初始排放量(a)也随着湿度增加而增大;15℃、20℃和25℃时,土壤湿度(20.67%～57.86%WFPS)对农田土样N2O排放总量的作用表现为线性关系,30℃和35℃时表现为对数关系.