水热制备生物质基多孔炭及其乙酸乙酯吸附性能研究

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随着水性原辅材料在多个行业的普及,由于原辅材料替换以及设备工艺升级所引发的VOCs排放种类浓度变化对现有VOCs治理技术提出新要求,其中含氧VOCs的污染治理问题已不可忽略。针对含氧VOCs的污染问题,本文采用可调控的水热碳化制备方法定向制备水热生物炭,并结合Zn Cl2化学活化制备出孔结构以及表面化学特性可调的水热多孔炭。以常见含氧VOCs(乙酸乙酯)为目标污染物,通过动态吸附试验,重点研究有机酸(对甲苯磺酸)和金属盐(过硫酸钾)调控水热碳化活化制备所得多孔炭材料孔结构、比表面积以及表面化学结构变化规律,以及其与材料乙酸乙酯吸附性能之间的关系。为优化水热碳化活化进程,提升水热多孔炭材料含氧VOCs吸附性能提供新思路。主要结论如下:(1)通过对比不同生物质原料,经过对甲苯磺酸调节的水热碳化处理以及Zn Cl2活化后制备所得水热多孔炭材料的孔结构特性和表面化学结构的变化,发现在有机酸调节过程中水的加入量越高,制备所得的水热多孔碳材料可以有更高的比表面积和孔容。(2)以玉米皮为生物质原料,对比引入对甲苯磺酸调节的水热碳化活化和高温裂解活化处理生物质制备Ts OH-H-x系列和Ts OH-NC-x系列两种多孔炭材料物化特性差异,发现通过对甲苯磺酸调节的水热多孔炭Ts OH-H-x系列材料有着更高的孔结构和比表面积参数以及丰富的表面化学结构。其中含硫官能团或者化学结构的引入,例如C-S键和硫氧官能团,对提升乙酸乙酯吸附性能有较强的贡献。(3)基于正交实验分析,发现在过硫酸钾调节的水热多孔炭材料制备进程中,过硫酸钾的加入量和活化温度对多孔碳材料比表面积、总孔容以及乙酸乙酯的吸附性能均有显著影响。因此以单因素实验,研究过硫酸钾加入量以及化学活化温度对多孔炭材料的物化特性以及吸附性能的影响,发现过硫酸钾的引入不仅会加速材料的在水热碳化过程中的水解,部分钾盐也会蕴含于水热生物炭中,其中的钾盐在高温下与从水热炭中逸出,导致大量小于1nm的微孔的形成。这些微孔成为乙酸乙酯的吸附点,大大改善了材料的吸附性能。
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