海南大学材料科学与工程学院, 南海海洋资源利用国家重点实验室, 海口 570228
以木棉、硼酸(HBO3)、尿素(CO(NH2)2)为原料, 在氨气(NH3)气氛下通过高温反应制备了硼氮共掺杂生物质炭材料, 利用聚乙烯亚胺(PEI)对硼碳氮(BCN)材料进行处理, 得到PEI-BCN材料, 并研究了该材料的吸附性能。结果表明: 当反应温度为1 100 ℃时, 制备得到的BCN材料为多孔结构, 其平均孔径为11.0 nm; BCN材料的吸附能力优于生物质炭, 经PEI改性处理后, BCN材料的吸附性能得到大幅提高, 其对有机染料孔雀石绿(MG)的吸附量高达710.0 mg/g; PEI-BCN材料的吸附与准一级吸附动力学模型吻合, 其对MG的吸附属于Langmuir等温吸附。
硼碳氮材料 生物质炭 木棉 聚乙烯亚胺 高温反应 吸附 孔雀石绿 BCN material biochar kapok polythyleneimine high temperature reaction adsorption malachite green
1 北方民族大学材料科学与工程学院, 银川 750021
2 碳基先进陶瓷制备技术国家地方联合工程研究中心, 银川 750021
3 粉体材料与特种陶瓷省部共建重点实验室, 银川 750021
生物质炭是指原料在部分缺氧或绝氧的条件通过特殊方法处理后产生的高度芳香化、高碳和高稳定性的固体产物。同一植物不同部位制备的生物质炭的性能往往具有较大差异, 本论文以胡麻为研究对象, 以KOH、H3PO4为活化剂, 对胡麻不同部位(杆、皮、根)进行活化, 采用水热炭化法、活化法、炭化-活化法制备生物质炭材料, 将产物用于吸附溶液中的罗丹明B(RhB)和亚甲基蓝(MB), 进一步评价其吸附活性。利用XRD、SEM、TG-DSC、N2-BET、UV-Vis等对产物的性能进行分析, 探究炭化温度、活化温度以及活化剂种类对生物质炭性能的影响。比较不同条件下制备生物质炭材料的微观形貌、比表面积、孔径以及产率。以胡麻杆为原材料, 磷酸为活化剂, 炭化温度200 ℃, 活化温度820 ℃时, 制备的生物质炭孔径分布均匀、数量较多、断面呈管状, 且其表面积最高, 可达1 247.63 m2/g。该产物对RhB和MB都表现出了良好的吸附能力, 在接近1 h时, 10 mg/L的RhB溶液就已经全部褪色, 吸附率高达100%。
胡麻杆 生物质炭 活化剂 吸附 炭化温度 磷酸 炭化-活化法 hemp stem biochar activator adsorption carbonization temperature phosphoric acid carbonization-activation method
1 佛山科学技术学院食品科学与工程学院, 佛山 528000
2 中国科学院广州能源研究所, 广州 510650
3 佛山科学技术学院环境与化学工程学院, 佛山 528000
4 佛山科学技术学院交通与土木建筑学院, 佛山 528000
生物质炭具有原材料来源广泛、比表面积大、孔隙结构丰富、表面官能团易调控等优势, 在有机污染废水处理领域展现良好的应用前景。然而, 生物质炭的不同原材料、制备方法、改性措施等在很大程度上影响着生物质炭的物化性质, 从而对有机污染废水表现出不同的性能和作用机制。本文主要基于生物质炭结构特性, 针对其制备方法、改性手段和措施展开叙述, 并总结了生物质炭用于有机污染废水处理的现状和未来发展机遇。
生物质炭 功能改性 污水处理 有机污染物 吸附 催化 降解 biochar functional modification wastewater treatment organic pollutant adsorption catalysis degradation
桂林理工大学材料科学与工程学院,有色金属及材料加工新技术教育部重点实验室,桂林 541004
近些年,由于制备工艺的不断优化,生物质炭材料作为储能器件(锂离子电池、超级电容器、锂硫电池等)的电极材料得到了快速发展。与此同时,由于存在首次库伦效率低,不可逆容量大,电压滞后,大电流充放电能力弱等问题,大大阻碍了生物质炭材料作为电极材料的应用。而通过杂元素掺杂生物质炭(尤其是杂原子掺杂),可以有效地提高炭材料的润湿性和电子传导性,增加炭材料的缺陷以及活性位点,使其具有优异的电化学性能。本文归纳了杂元素掺杂生物质炭的研究进展,分别对其制备方法,以及在锂离子电池、超级电容器和锂硫电池等能源领域中的应用和前景进行介绍。
生物质炭 杂元素掺杂 锂离子电池 超级电容器 锂硫电池 biomass carbon heteroelement doping lithium-ion battery supercapacitor lithium sulfur battery
生物质炭表面灰分的存在会严重影响生物质炭的表面结构特性及吸附能力。 采用HCl-HF对400和600 ℃两种温度制备的玉米秸秆生物质炭进行酸洗处理, 去除生物质炭表面的灰分。 通过对比酸洗前后玉米秸秆生物质炭的元素含量、 比表面积、 孔径分布、 红外光谱分析图和吸附平衡试验结果探究酸洗处理对生物质炭表面吸附特性和光谱特性的影响。 结果表明: 酸洗处理能有效去除生物质炭表面存在的无机盐、 焦油等一系列副产物, 显著改变生物质炭的表面结构特性, 提高生物质炭的吸附性能。 (1)酸洗后生物质炭的碳含量相对增加, 疏水性及芳香官能团含量增加, 极性降低; (2)酸洗处理显著增加了生物质炭的比表面积, 处理后炭比表面积分别增加了3.46倍和6.75倍; 酸洗还显著提高了生物质炭的孔容及介孔含量, 从而大大增加了生物质炭的吸附能力; (3)两种生物质炭酸洗前后的红外光谱上关键官能团峰强差异显著, 尤其在3 398～3 447, 2 924～3 056, 1 378～1 439 cm-1范围内, 酸洗后生物质炭的振动峰强度显著减小, 表明生物质炭在酸洗后其表面脂肪结构和羟基减少。 (4)酸洗前后的吸附试验表明, 酸洗处理能够去除炭表面的灰分, 增加生物质炭的吸附位点, 进而提高其对2,4-D的吸附量。
生物质炭 酸洗处理 吸附特性 光谱特性 Biochar Acid elution Adsorption property Spectral characteristic 光谱学与光谱分析
2016, 36(10): 3292
1 黑龙江省农业科学院博士后科研工作站, 黑龙江 哈尔滨 150086
2 黑龙江省农业科学院土壤肥料与环境资源研究所, 黑龙江 哈尔滨 150086
利用扫描电镜—能谱仪分析不同温度产生的生物质炭的化学与结构特性。 结果表明: 随温度升高, 芒草碳的平均碳含量和最大碳含量均呈现增加趋势, 平均碳含量和最大碳含量与最高处理温度之间为显著正相关关系(r值为0.76和0.86)。 平均碳含量和最大碳含量与高温灼烧法测定的碳含量之间为显著正相关关系(r值为0.83和0.91), 最大碳含量的相关性好于平均碳含量。 因此, 应用该方法获得芒草炭的碳含量与温度相关性好, 最大碳含量可以用于生物炭组分分析; 电镜扫描结果可以有效分析芒草炭的结构特性。 基于该方法快速、 简便、 稳定以及可对生物质炭的结构和组分同时分析的优点, 它是一种极具发展前途的分析方法, 有助于生物质炭等其他材料的结构特性与组分研究。
扫描电镜-能谱仪 生物质炭 最大碳含量 平均碳含量 Scanning electron microscope Energy dispersive Biochar Maximum carbon content Average carbon content 光谱学与光谱分析
2016, 36(6): 1670
