玉米秸秆复合炭材料制备及脱硫应用研究

摘要

随着我国农业的不断发展，大量的玉米秸秆废弃物如何处置成为人们关注的焦点。近些年由于传统的焚烧掩埋等处置方式的局限性越发突出，所以人们多方面寻求秸秆的其它处置途径。将玉米秸秆制成炭材料并用于H2S等臭气的脱除就是一种新型环保的方法，该方法即实现了秸秆的资源化利用，也达到了以废治废的目的。
　　本文以玉米秸秆为原料，采用化学活化法制备了秸秆炭材料，通过单因素实验优化出秸秆炭的最佳制备条件，并对其吸附H2S性能进行了测试。结果表明，分别以玉米秸秆皮、芯和皮芯混合物为原料制备的炭材料对H2S吸附性能无明显差异。当活化温度为350℃，料液比1∶2，活化时间为70 min时，皮芯混合物制备的秸秆炭对H2S吸附时间可达80 min;结构分析显示加入活化剂后对秸秆炭表面官能团的组成无明显改变，但使秸秆炭比表面积大幅增加，微孔在H2S吸附过程中起主要作用;H2S被吸附后主要以单质硫和亚硫酸盐形式存在，与活性炭的溶解吸附机理相吻合，秸秆炭表面含氧官能团的存在影响H2S的催化氧化，其中醚基官能团(C-O)起到主要作用。为了进一步提高秸秆炭的脱硫活性，对秸秆炭分别采用沉淀法和浸渍法负载铜改性。分析表明，沉淀法中脱硫效果最优的是载铜量为25％、焙烧温度为300℃时制得的样品，H2S吸附时间长达230 min;浸渍法中载铜量为15％、焙烧温度为300℃时，改性秸秆炭的吸附效果达到最优，H2S吸附时间可达130 min。表征结果显示两种方法中改性剂在低温条件下均有CuO生成，在高温条件下，CuO会发生还原反应生成Cu2O和单质Cu。为了使秸秆炭更具实用价值，将其加入CMC粘结剂进行成型研究。结果表明，在成型压力为20 MPa、成型温度为250℃、CMC添加量为20％时样品脱硫效果最佳，吸附时间可达50 min，成型强度可达29 N·cm-2。成型后样品中孔结构基本保持不变，秸秆炭表面的官能团无明显改变，可以进行工业化生产应用。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题背景及研究目的

1．2 恶臭气体的来源与危害

1．3 国内外脱硫技术研究现状

1．3．1 吸收法

1．3．2 吸附法

1．3．3 氧化法

1．4 玉米秸秆基炭材料的研究进展

1．4．1 磷酸法

1．4．2 氯化锌法

1．4．3 氯化钙法

1．4．4 微波法

1．5 课题来源及研究内容

1．5．1 课题来源

1．5．2 研究内容

第2章 实验材料与研究方法

2．1 实验材料与设备

2．1．1 实验原料

2．1．2 实验试剂

2．1．3 实验仪器

2．2 实验方法

2．2．1 玉米秸秆工业分析

2．2．2 秸秆炭材料的制备

2．3 秸秆炭材料的表征方法

2．3．1 X-射线衍射(XRD)

2．3．2 扫描电子显微镜(SEM)

2．3．4 X-射线光电子能谱(XPS)

2．3．5 比表面积及孔结构测试

2．3．6 热重分析(TG)

2．3．7 抗压强度测试

2．4 脱硫实验方法

2．5 本章小结

第3章 玉米秸秆炭制备表征及脱硫性能研究

3．1 秸秆炭制备工艺条件的优化

3．1．1 料液比对秸秆炭脱硫性能的影响

3．1．2 活化温度对秸秆炭脱硫性能的影响

3．1．3 活化时间对秸秆炭脱硫性能的影响

3．2 秸秆炭的结构表征及脱硫产物分析

3．2．1 秸秆炭表面官能团分析

3．2．2 秸秆炭的表面形貌和孔结构分析

3．2．3 秸秆炭吸附H2S产物分析

3．3 本章小结

第4章 负载氧化铜改性秸秆炭的脱硫性能研究

4．1 载铜量对秸秆炭脱硫性能的影响

4．2 焙烧温度对改性秸秆炭脱硫性能的影响

4．3 改性秸秆炭的结构表征

4．3．1 改性秸秆炭表面形貌分析

4．3．2 改性秸秆炭表面官能团分析

4．3．3 改性秸秆炭物相分析

4．3．4 改性秸秆炭实际载铜量分析

4．4 本章小结

第5章 秸秆炭的成型及脱硫研究

5．1 前言

5．2 粘结剂添加量对成型秸秆炭脱硫性能及强度影响

5．3 成型温度对成型秸秆炭脱硫性能及强度影响

5．4 成型秸秆炭的结构表征

5．4．1 表面形貌分析

5．4．2 表面官能团定性分析

5．5 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢