改性生物炭作为吸附剂和催化剂载体的研究

摘要

污泥和农林业废弃物是两大类广泛存在的生物质，需要寻求合理的方法来处理。热解方法可以将生物质转化为液体燃料生物油，同时有固体副产物生物炭生成。本论文以污泥和锯末为原料，热解得到污泥炭和锯末炭。并将污泥炭进一步改性处理用于吸附污水中的有机污染物;锯末炭进一步修饰改性后和光催化剂复合，用于降解污水中的有机污染物，提高了光催化效率。论文的具体研究内容和结果如下:
　　1.大量的剩余污泥带来了严重的环境问题，热解法处理污泥可以处理污泥并且回收能源，同时会产生副产物污泥炭。我们在不同温度(300，400，500和800C)下热解污泥，得到污泥炭SC300，SC400，SC500和SC800，进步一通过酸处理除去污泥炭中的灰分，除去灰分的污泥炭为DA300，DA400，DA500和DA800。DA对1-萘酚的吸附量随着热解温度的升高递增，DA800对1-萘酚有超高的吸附量，为666 mg g-1。另外，我们先酸洗处理污泥，在不同温度热解酸洗污泥，得到DC300，DC400，DC500和DC800。DC对1-萘酚的吸附量受热解温度影响很小。我们通过XPS，FTIR和Raman表征DA和DC的性质随热解温度变化的规律;通过SEM-EDS先扫描谱图观察SC中有机和无机元素随热解温度不同的分布变化;结合DA和DC的表征结果和吸附行为，及SC元素分布变化，我们提出了温度相关的灰分催化作用，促进形成高吸附量污泥炭的机理过程。
　　2.光照下，Ag3PO4有高的有机物光氧化降解性能。但是，Ag3PO4颗粒粒径较大降低它的光响应能力;较高的导带点位使Ag3PO4容易被光生电子还原为Ag0，限制催化剂的实际应用。为了克服这些缺点，我们通过液相沉积法将Ag3PO4生长在氨基修饰生物炭(AMB)上，得到Ag3PO4/AMB复合材料;其中AMB是在锯末热解得到的锯末炭表面修饰氨基得到的。在AMB不存在的情况下，同样方法合成了单纯的Ag3PO4。将Ag3PO4/AMB和Ag3PO4用于光催化降解水溶液中的苯酚，Ag3PO4/AMB存在时，苯酚在120 min内几乎全部被降解;Ag3PO4存在时，120 min时只有50％的苯酚被降解。可见，AMB和Ag3PO4复合可以大大提高其光催化效率。我们通过XRD，SEM，SEM-EDS，Raman和XPS表征了Ag3PO4/AMB和Ag3PO4的组成和表面形貌，结果显示复合材料中Ag3PO4生长于AMB表面，AMB表面还有少量被还原的Ag纳米颗粒。紫外-可见漫反射光谱结果表明，Ag3PO4/AMB复合材料对光的吸收能力强于单纯的Ag3PO4。从电化学阻抗谱结果中可以看出AMB的引入减小了电荷传递阻力，有利于提高光生电子和空穴的分离效率。EPR结果表明Ag3PO4/AMB和Ag3PO4在光降解有机物时，·OH起主导作用，而且在碱性NaHCO3溶液促进光催化过程中·OH的生成。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 生物质

1．1．1 污泥

1．1．2 木质纤维素类生物质

1．2 热解技术处理生物质

1．2．1 热解机理

1．2．2 热解产物

1．3 热解影响因素

1．3．1 生物质类型

1．3．2 生物质前处理

1．3．3 热解条件

1．4 生物炭修饰

1．4．1 酸／碱处理和化学氧化法处理生物炭

1．4．2 修饰表面官能团

1．5 生物炭在环境方面的应用

1．5．1 生物炭作为吸附剂

1．5．2 生物炭作为催化剂基底

1．6 研究目的，意义和主要内容

1．6．1 研究目的和意义

1．6．2 主要研究内容

参考文献

第2章 高容量污泥炭吸附剂的制备及温度影响的灰分催化热解机理

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 材料

2．2．2 污泥和污泥炭的表征方法

2．2．3 污泥炭的制备

2．2．4 吸附实验

2．3 结果和讨论

2．3．1 污泥和污泥炭的表征

2．3．2 超大吸附量的吸附剂

2．3．3 影响DA吸附行为的关键因素

2．4 环境影响

2．5 小结

参考文献

第3章 氨基修饰生物炭和Ag3PO4复合提高Ag3PO4光催化降解污染物效率

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 原料与试剂

3．2．2 光催化剂的制备

3．2．3 表征

3．2．4 催化性能测试

3．3 结果与讨论

3．3．1 表征结果

3．3．2 光催化效果的提升

3．3．3 电荷分离

3．3．4 光吸收

3．3．5 机理推测

3．4 结论

参考文献

第4章 结论

致谢

在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果