生物质废弃物制备炭吸附剂及脱臭性能研究

摘要

作为一个传统农业大国，我国每年农作物种植种类和面积均居于世界前列，而水稻、玉米、小麦等农作物在收获后会产生很多生物质废弃物。由于产量大和质量差等问题，这些废弃物通常采用焚烧或就地掩埋等方式处置。但是，随着近几年环境污染问题的日益严重，传统的处理方式加重了环境负担。
　　本研究首先使用了两种具有代表性的产量较高的生物质废弃物—核桃壳和稻草为原料，制备出了炭吸附剂粉末。随后分别讨论了活化剂种类、活化剂浓度、活化剂与原料比例、炭化时间以及炭化温度对炭吸附剂脱臭性能的影响，以确定出最佳的制备工艺条件。研究结果显示，以稻草为原料制备的吸附剂，其脱臭效果要好于核桃壳，当活化剂ZnCl2浓度为30％，活化温度550℃，液料比3:1时，其对H2S吸附时间可达198 min；结构分析显示，制备出稻草炭吸附剂空隙结构发达，表面存在着大量-OH、-CH-、-C=O等含氧基团，比表面积为1104.84 m2·g-1，吸附硫化氢后，表面积和孔体积均明显下降，吸附的H2S主要以单质硫的形式存在。
　　为了使粉末炭吸附剂更具实用价值，使用粘结剂将脱臭活性较好的稻草炭粉末粘接成型，并进行了脱臭性能研究以及结构分析。研究表明，当粘结剂PVB的浓度为4%，粉末稻草炭与粘合剂的质量比为1:1，成型压力为15 MPa时，成型稻草炭吸附H2S效果最好，吸附时间可达70 min，强度可达到15N·10-4·m-2，该指标完全满足工业生产的要求，但粘结剂一定程度上堵塞了炭的孔隙使其吸附性能有所下降。根据脱臭过程的吸附时间曲线讨论了炭质吸附剂脱臭反应动力学。建立了幂指数动力学模型，得出了吸附H2S的动力学方程r=2.9349exp(-270.08/T)CH2S，表面活化能为2245.445 J·mol-1，指前因子为2.9349。

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第1章 绪论

1.1 研究背景

1.2 H2S气体的来源

1.3 H2S气体的危害

1.4 脱除H2S气体的方法

1.5 生物质废弃物制备炭吸附剂研究进展

1.6 生物质制炭吸附剂脱除H2S气体的研究现状

1.7 课题的来源

1.8 研究的目的意义与研究内容

第2章 材料与方法

2.1 实验材料及设备

2.2 实验装置

2.3原料和产品性能表征

第3章 粉末生物质炭吸附剂的制备及脱臭性能研究

3.1 核桃壳基炭质吸附剂的制备及脱臭性能研究

3.2 稻草基炭质吸附剂的制备及脱臭性能研究

3.3本章小结

第4章 生物质炭吸附剂的成型及脱臭性能研究

4.1 引言

4.2 成型条件对生物质炭强度及性能的影响

4.3 成型稻草基炭吸附剂的结构分析

4.4 本章小结

第5章 生物质炭吸附剂吸附动力学研究

5.1 引言

5.2 结果与讨论

5.3 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢