稻壳稻秆生物炭制备白炭黑条件优化与性能分析

来源 :东北农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:gtsmk2
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
我国是全世界范围内水稻(Oryza sativa)种植面积最大的国家,每年产生大量的水稻副产物,如稻壳和稻秆等。由于稻壳生物炭中的SiO2含量达到80%以上,可作为制备白炭黑的原料;稻秆生物炭中SiO2含量达50%左右,但很少有研究从稻秆生物炭中提取制备白炭黑,为了利用好稻秆生物炭含硅较高的特性,为稻秆的资源化利用探索新的途径,本研究以稻壳和稻秆生物炭为原料,以稻壳生物炭为参照对象,探索稻秆生物炭制备白炭黑的效果和可行性。利用碱溶酸沉的方法,先通过稻壳与稻秆生物炭提取白炭黑的中间产物硅酸钠,并以硅酸钠模数(SiO2与Na2O摩尔数比值)、SiO2溶出率为研究指标进行单因素试验,研究Na OH溶液浓度、液料比、反应温度、反应时间等条件对硅酸钠模数和SiO2溶出率的影响,通过中心组合设计响应面法分析稻壳与稻秆生物炭制备硅酸钠的最优反应条件;再以硅酸钠为原料进一步研究陈化时间、反应温度、硫酸溶液浓度以及反应终点p H对稻壳基硅酸钠与稻秆基硅酸钠制备白炭黑纯度的影响并通过响应面法分析白炭黑的最佳制备条件并对白炭黑性能进行分析。为稻秆生物炭制备白炭黑提供理论依据和技术支撑,拟为稻秆的资源化利用开辟新途径。研究以稻壳、稻秆生物炭为原料制备硅酸钠溶液,通过响应面优化得到稻壳生物炭与稻秆生物炭制备硅酸钠的最优条件为Na OH溶液浓度2mol/L、液料比7m L/g、反应温度90℃、反应时间4h,在此条件下稻壳生物炭制得硅酸钠模数为1.65,SiO2溶出率为78.6%;稻秆生物炭制得硅酸钠模数为0.69,SiO2溶出率为61.3%。通过中心组合设计响应面法得到稻壳基硅酸钠与稻秆基硅酸钠制备白炭黑的最佳条件均为反应温度80℃、硫酸溶液浓度11%、反应终点p H为9,陈化时间2h,在此优化条件下,稻壳生物炭制备的白炭黑纯度为98.76%,稻秆生物炭制备的白炭黑纯度为94.68%。通过对本研究制备的白炭黑样品进行表征分析发现本试验制备的白炭黑粒子均呈球形结构,且粒径均介于20~30nm之间;两种材料制备的白炭黑均为非晶无定形态;将稻壳与稻秆生物炭制备的白炭黑与国家标准HG/T 3061-2009进行比较分析,发现本研究在优化条件下制备的白炭黑各指标均符合国家标准。本试验可以实现稻秆生物炭制备标准化白炭黑,这对稻秆的资源化利用具有积极意义。
其他文献
东北黑土区土质肥沃、有机质含量高,是我国商品粮的主要生产基地。玉米是主要粮食作物之一,播种面积大,经济收益高。但是玉米连作常导致耕作方式单一、秸秆处理不当、化肥过量施用等问题,进而使耕层结构变差、犁底层加厚上移、土壤养分有效性下降、土壤酸化,影响玉米稳产高产。浅耕(旋耕)会使耕层变浅,容重增大,犁底层变厚,阻碍作物根系下扎及其对水肥的吸收,而持续深翻虽能增加土壤通透性,打破犁底层,但会破坏土壤结构
学位
钙是作物所必需的中量营养元素之一,是组成细胞壁的成分,缺钙时,植物细胞壁不能形成,影响细胞的分裂、根系的生长和根毛的形成、抑制植物生长、影响植物光合作用,同时可能会诱发植物病变等。农业生产中,常规补钙方式主要依靠化肥源钙肥补充植物所需钙。费菜(Sedum aizoon L.),属景天科,多年生草本植物,具有耐寒耐旱耐阴和抗病虫害等特点,可以广泛种植;费菜又被称为高钙菜,是一种含钙量较高的药食两用植
学位
邻苯二甲酸酯(PAEs)是塑料制造中应用最广泛的增塑剂之一,也是研究最为广泛的具有内分泌干扰性的环境污染物。塑料的大量使用导致了全球PAEs污染的发生。目前,微生物降解是去除污染环境中PAEs的有效方法。在中国大部分地区,邻苯二甲酸二(2-乙基己基)酯(DEHP)与其它PAEs相比在农业土壤污染区的残留浓度最高。由于DEHP水溶性差,结构较复杂,在自然条件下难以降解,并且具有较强的生物毒性,因此急
学位
近年来,我国土壤重金属污染问题日益凸显,引起极大关注,以铅污染尤为突出。豆科植物白三叶(Trifolium repens L.)原位提取修复方法在修复重金属污染土壤上极具潜力。但白三叶根际调控机制及根系微生物互作模式尚不明晰。此外,根际微环境中铅的生物学过程及与土壤质量改良的内在联系也尚未明确。因此深入探究白三叶的铅耐受机理及根际调控机制,对于揭示植物积累重金属的关键机制和推动植物修复在重金属污染
学位
丹江口水库是南水北调中线工程的核心水源区,水库周围的生态环境质量不但和北调水的质量有关,而且关系到中国北方地区受水区域的社会经济发展,近年来,人们为了追求农产品产量,在农田中长期、大面积单一种植,大量施用农药、化肥,导致农田的生物多样性和生态环境遭到破坏,库区农业源污染风险不断增加。针对这些问题,库区开展了农田生态化改造等措施来改善农田生态环境质量,但是缺乏相应的评估,影响了技术的推广应用,而生态
学位
随着社会工业化的不断发展,由人类活动产生的大量苯并[a]芘(BaP),通过多种途径进入到土壤中,使土壤有机污染日益严重。BaP具有较高的化学稳定性、难降解等特点,能够在环境介质中蓄积并长距离迁移,进而通过呼吸系统、消化系统、皮肤接触等途径进入人体器官组织,对人类健康带来严重威胁,因此探索土壤BaP的有效处置方法迫在眉睫。过硫酸盐高级氧化技术在有机污染物降解方面展现巨大的优势,因此本研究采用高铁酸钾
学位
新生代以来,全球气候总体变冷,期间伴随多次气候的冷暖交替和大陆构造运动的频发,如火山喷发和青藏高原的隆升等,这些事件的产生与新生代全球气候总体变冷的关联在科学界引发了多种推测和争论。而在中新世时期,青藏高原拉开了第一幕的整体剧烈抬升,与此同时,亚洲季风形成和演化;在随后的上新世-更新世,其抬升构造尤为活跃,而亚洲季风,尤其西南季风以总体增强为主要特征。而在晚上新世-更新世时期,全球气候进入冰期与间
学位
喹禾灵和精喹禾灵是东北地区大豆等作物常用的芳氧苯氧丙酸类除草剂,研究证实其对多种生物具有不良影响。由于它们的对映体比例的不同(喹禾灵为外消旋体,精喹禾灵为R-对映体含量>90%),在土壤中的降解转化动态及毒性效应也不相同。因此开展手性除草剂喹禾灵和精喹禾灵对大豆-黑土系统的毒性效应研究,对明确喹禾灵和精喹禾灵的环境行为和毒性作用,评估喹禾灵和精喹禾灵的环境风险具有重要意义。本研究建立了手性除草剂喹
学位
随着我国工业迅猛发展,地下水污染问题愈发严重,且地下水污染具有污染种类复杂、持久性强和难以治理等特点,因此,亟待研发有效的地下水污染修复技术。六价铬(Cr(Ⅵ))和三氯乙烯(TCE)是地下水代表性污染物,二者都是地下水中最常被检测到且毒性较强的污染物。纳米零价铁(n ZVI)原位修复是目前国内外常见的地下水治理技术,n ZVI具有的粒径小、吸附性强以及反应活性高等优点使其对Cr(Ⅵ)和TCE具有较
学位
随着我国社会工业化发展的不断进步,越来越多的污染物被排放入我们赖以生存的环境中,土壤作为生态系统的重要组成部分,一直扮演着举重若轻的角色。近年来,由于重金属废水的灌溉以及稀土肥料的大量施用,土壤目前受到重金属和稀土金属的污染越来越严重。镧(La)和铅(Pb)作为比较典型的稀土金属和重金属,严重影响黑土农田的耕作并对周围环境造成巨大威胁。但是不同环境因素下La和Pb在黑土中的迁移机制尚不明确,且对于
学位