【摘 要】
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棉纺织废弃物的产量与日递增,传统焚烧或填埋的处理方式会给空气、水体和土壤造成二次污染。本文通过水热处理技术对棉纺织废弃物进行预处理,利用GC-MS、热值和元素分析等手段研究水热预处理产物的燃料性能。此外,为提高水热炭的附加值,评估了水热炭在电催化析氢领域的应用潜力,为棉纺织废弃物的高效清洁处理及高附加值利用提供了新的思路。论文主要结论如下:1)通过对棉纺织废弃物在240-340°C的温度范围内进行
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棉纺织废弃物的产量与日递增,传统焚烧或填埋的处理方式会给空气、水体和土壤造成二次污染。本文通过水热处理技术对棉纺织废弃物进行预处理,利用GC-MS、热值和元素分析等手段研究水热预处理产物的燃料性能。此外,为提高水热炭的附加值,评估了水热炭在电催化析氢领域的应用潜力,为棉纺织废弃物的高效清洁处理及高附加值利用提供了新的思路。论文主要结论如下:1)通过对棉纺织废弃物在240-340°C的温度范围内进行水热预处理,研究揭示了水热条件影响水热预处理产物分布的规律。水热温度为320°C时,生物油中酮类、多含氧官能团化合物、醇类、酚类、酯类、醚类、烃类和醛类的含量分别达32.40%,23.59%,5.87%,6.87%,4.51%,5.30%,2.66%,0.71%,油品质较好,进一步提质可用作液体燃料。水热温度为340°C时,水热炭的含碳量最高,为76.86%,热值为30.15 MJ/kg,达到了高热值煤发热量标准,煤阶接近于烟煤,是一种优质的固体燃料。2)为提高水热炭附加值,通过滴涂的方式在泡沫镍电极上黏附水热炭,负载量为0.21 g/cm~2。发现水热炭的黏附可增加催化面积、增强电极导电性、加速电荷传输,从而使析氢反应所需的过电位η10由403.6 m V降低至247.6 m V,降幅达38.65%,显著改善了电极的析氢反应活性。经过了50小时的计时电流法测试后,电流密度依旧可以稳定在10 m A/cm~2,表现出良好的稳定性。3)以水热炭为基底,通过引入二元过渡金属元素和非金属元素P制备水热炭基磷掺杂双金属氧化物,强化电极析氢反应催化活性。水热炭基的存在使得在酸性介质中的过电位由82.6 m V降低至64.6 m V,降幅达21.79%,在碱性介质中的过电位由148.4 m V降低至96.4 m V,降幅达35%,表明水热炭基可以有效地提高P-Co Ni O2的催化性能。P-Co Ni O2@NC在酸性和碱性介质中的过电位η10分别为64.6 m V和96.4 m V,当电流密度分别超过74 m A/cm~2和29 m A/cm~2时,其过电位低于商用Pt/C催化剂,催化活性优异且能在高电流密度区发挥出更大优势。这是由于水热炭基可以增加电化学活性表面积、强化不同元素间的电子相互作用、减小电荷传递阻力。DFT理论计算结果表明水热炭基底的存在可优化材料的d带中心和态密度,显著降低反应过程的能垒。此外,水热炭基对不同的过渡金属具有广泛适用性。该论文有图35幅,表10个,参考文献134篇。
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