生物炭的加氢催化应用及生物炭浸出液的毒性评估

摘要

生物质指由绿色植物直接或间接利用太阳能进行光合作用而形成的有机物质，是一种重要的可再生资源。由于世界范围的能源危机以及相关的环境污染日益加重，木质生物质能源的可再生性和环境友好性引起了人们的广泛关注。生物质能通过加氢裂解、热解、气化、液化以及直接燃烧等方式转化为能源。
　　木质生物质通常可在高温下进行催化加氢，得到含苯环的小分子物质，可用于化学品、石油类产品等的制备。而热解生物质产生生物油是生物质能源转化的另一种方式，得到的副产物生物炭是一种具有多孔结构的坚固的碳框架，常被用以进行土壤修复以及碳封存。但是其对于土壤性质及土壤生物的影响一直存在争议，近年来，许多研究关注生物炭材料的其它应用。例如将生物炭进行修饰改性后，可用于有机污染物和重金属吸附;而将生物炭作为基底材料负载金属纳米颗粒，则可用于催化有机物转化等。本文主要研究利用快速热解方式制备负载金属的催化剂，并且研究其在木质素加氢反应中的催化作用。此外，我们研究了将不同来源的生物炭应用于土壤修复时可能发生的生物毒性影响，主要的研究内容及结论如下:
　　1.利用快速热解装置一步热解浸渍镍盐和钼盐的锯末，得到负载纳米金属镍和碳化钼的生物炭催化剂Ni-Mo2C/C。将其应用于木质素加氢催化，得到的液体产物通过GC-MS分析产物类型及产率，结果表明添加催化剂反应组中，产物相比对照组明显增多且选择性增加。
　　2.利用传统化学还原法将镍盐和钼盐还原于同样条件制备的生物炭上，得到催化剂材料(Ni-MoO2/C)应用于木质素加氢催化，并没有得到与Ni-Mo2C/C类似的良好效果，证明一步热解方法具有显著的优越性。结合TEM，XRD，XPS等表征以及GC-MS产物分布推测可能的反应机理，纳米镍和碳化钼颗粒能有效进攻碳氧双键，且石墨化的碳基底结构能帮助催化剂上电子转移。
　　3.利用不同生物质材料（稻壳、锯末、蒲草）在相同条件下通过快速热解得到生物炭材料，并且研究其提取液对于植物（小麦）、动物（秀丽杆隐线虫）、微生物（铜绿假单胞菌）的生长影响。结果表明，稻壳、锯末类生物炭浸出液对生物生长影响较小，而蒲草类生物质浸出液严重抑制生物生长，特别是对秀丽杆隐线虫具有剧烈毒性。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 生物质

1．2．1 生物质的定义

1．2．2 木质生物质的用途

1．2．3 木质素的降解方式

1．3 生物炭在环境方面的应用

1．3．1 生物炭作为土壤修复剂

1．3．2 生物炭可能存在的毒性影响

参考文献

第2章 一步法制备生物炭基底催化剂进行木质素加氢液化

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 实验材料

2．2．2 Ni-M02C／C催化剂的合成

2．2．3 催化剂的结构分析

2．2．4 木质素催化加氢

2．3 实验结果与讨论

2．3．1 不同催化剂的结构表征

2．3．2 木质素的催化加氢实验

2．3．3 催化剂的循环稳定性测试

2．3．4 木质素催化加氢反应机理

2．4 结论

参考文献

第3章 三种典型生物炭浸出液的系统生物毒性评价

3．1 引言

3．2 方法和材料

3．2．1 材料与试剂

3．2．2 生物炭的制备

3．2．3 生物炭浸出液(BWESs)的提取

3．2．4 毒性实验

3．2．5 分析方法

3．3 结果与讨论

3．3．1 生物炭浸出液对微生物的毒性影响

3．3．2 BWESs对小麦发芽的影响

3．3．3 BWESs对秀丽杆隐线虫的毒性影响

3．3．4 BWES中的无机物质测定

3．3．5 生物炭浸出液中的有机物质

3．3．6 氮的作用

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