利用作物秸秆制备成型生物质活性炭及纤维板

论文摘要

农作物秸秆作为可再生资源,不仅含有丰富的碳源,而且可以部分代替木材资源。然而我国秸秆资源利用率还很低,目前主要集中于直接还田、沼气或肥料发酵,这些利用方式仍然无法满足大量秸秆的综合利用问题。近些年来,研究者认识到,开发秸秆工业化用途是解决秸秆资源化利用的一种有效途径。利用作物秸秆资源开发活性炭和纤维板等环境绿色高科技产品已成为研究热点,这不仅可实现农业固废的资源化利用,而且也可缓解当前木材资源紧缺问题,有重要的理论和现实意义。本文选用常见的豆秆、麦秆等农作物秸秆为材料,研究了豆秆制备高性能成型活性炭的可行方法,探讨了成型工艺条件对其性能的影响,分析了制备的成型生物质活性炭对水中典型有机污染物的处理效果及机理；研究了麦秆纤维预处理对纤维板性能影响,分析了麦秆纤维板性能与预处理时间、温度、弱酸处理等的关系。主要成果如下：（1）不同成型工艺处理制得的豆秆成型生物质活性炭的比表面积及表面形态存在差异。豆秆在700℃炭化、并经H3P04改性处理,然后制备成型生物质活性炭,其比表面积达320-359 m2·g-1,孔隙发达。不同成型工艺条件对亚甲基蓝吸附值的影响强弱顺序为热处理温度>成型压力>胶粘剂比例>热处理时间。得出豆秆成型生物质活性炭的最佳制备条件为：粘结剂比例为15%,成型压力为65 MPa,热处理温度为260℃,热处理时间为90 min。按此条件制得的豆秆成型生物质活性炭对亚甲基蓝的吸附值可达135 mg·g-1。成型工艺条件显著影响所制备的豆秆生物质活性炭的表面形态和吸附性能。（2）豆秆成型生物质活性炭对菲具有较强的吸附能力和较大的吸附容量。其吸附菲的速率很快,24 h吸附达到平衡；其对水中菲的去除率均高于98%,与商品活性炭对菲的去除率相当。在实验浓度范围内,菲在成型生物质活性炭上的吸附等温线呈线性（R2>0.97）,分配作用占主导。离子强度对成型生物质活性炭吸附菲有显著影响,随着离子强度的增大,其对菲的吸附能力和吸附速率均逐渐下降。由于生物质活性炭的孔结构（孔形状、孔径及孔分布）以及污染物自身的分子极性、分配系数、水中溶解度等性质不同,导致生物质活性炭对复合污染下不同PAHs的去除能力存在差异。豆秆成型生物质活性炭对复合污染下三种PAHs的去除能力大小为菲>萘>苊；对于复合污染中同一PAHs,不同条件下制备的豆秆成型生物质活性炭的吸附能力也存在差异。相比于单一菲污染处理,其对复合PAHs污染下菲的去除能力均有所减弱。（3）水热处理温度和时间对纤维板力学性能有明显影响。实验温度（40℃～100℃）范围内,随着温度提高,纤维板力学性能显著增强；但随着时间延长,纤维板性能呈先提升然后变弱的趋势。水热处理最佳条件为：温度100℃,时间20 min。适度增加施胶量能提高纤维板力学性能,但过量施胶,只能增加胶层厚度,对纤维板性能并不能发挥显著作用,水热处理下最佳的施胶量为12%。乙酸处理能显著改变麦秆纤维的表面性质,为脲醛树脂与纤维提供良好的胶合环境,从而提高纤维板力学性能；乙酸处理的最佳条件为投加量4%,温度80℃,时间20 min。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1 我国农作物秸秆资源综合利用现状
• 2 成型活性炭及其制备
• 2.1 以粉状活性炭为原料制备成型活性炭
• 2.2 粉状活性炭成型过程的影响因素
• 2.3 活性炭表面化学改性
• 3 农作物秸秆纤维板及其制备
• 3.1 农作物秸秆纤维板发展概况
• 3.2 秸秆原料纤维板的预处理
• 4 利用作物秸秆制备成型生物质活性炭和纤维板的前景分析与展望
• 5 研究目标及技术路线
• 第二章 高性能成型生物质活性炭的制备
• 1 材料与方法
• 1.1 实验材料
• 1.2 作物秸秆
• 1.3 实验方法
• 2 结果与讨论
• 2.1 成型生物质活性炭的比表面积
• 2.2 成型生物质活性炭对亚甲基蓝的吸附性能
• 2.3 成型工艺与成型生物质活性炭物理结构的关系
• 3 结论
• 第三章 成型生物质活性炭对水中多环芳烃的吸附作用
• 1 材料与方法
• 1.1 试剂与仪器
• 1.2 PAHs溶液的配置
• 1.3 实验方法
• 2 结果与讨论
• 2.1 成型生物质活性炭吸附动力学
• 2.2 成型生物质活性炭对水中PAHs的处理性能
• 2.3 离子强度对成型生物质活性炭吸附水中菲的影响
• 3 结论
• 第四章 脲醛树脂麦秆纤维板的制备及预处理对其性能的影响
• 1 材料与方法
• 1.1 材料
• 1.2 仪器
• 1.3 实验方法
• 2 结果与讨论
• 2.1 水热处理对麦秆纤维板性能的影响
• 2.2 胶粘剂对麦秆纤维板性能的影响
• 2.3 弱酸处理对麦秆纤维板性能的影响
• 3 结论
• 第五章 总结与展望
• 1 总结
• 2 创新点
• 3 问题与展望
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢