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木质原料的组成对H_3PO_4法活性炭孔隙结构的影响

作　者: 王洋
导　师: 刘守新
学　校: 东北林业大学
专　业: 林产化学加工工程
关键词: 活性炭木素纤维素孔结构
分类号: TQ424.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

活性炭(activated carbon, AC)是一种具有特殊微晶结构、发达孔隙结构、巨大比表面积和较强吸附能力的含碳材料。由于受环境和原料来源的制约使非化石资源为原料制备AC成为研究的热点。而农林废弃物的再利用具有环境友好及资源合理化的优势,因此其开发利用具有显著趋势。以农林废弃物为原料制备AC受到了国内外学者的广泛关注。农林废弃物主要是以木质纤维素原料为主,主要成分是纤维素、半纤维素和木质素。关于木质纤维素原料中各组份对AC孔结构的影响尚存争议。本文主要通过去除原料中的木素,纤维素来研究木质纤维素原料中的木素、纤维素对AC孔结构的影响。分别以杨木、落叶松木、麻杆屑为原料,采用乙酸-亚氯酸钠法对原料进行脱木素处理,研究木素对H3P04法活性炭(AC)孔隙结构的影响。通过物理吸附仪测定活性炭的比表面积和孔结构,利用碘值和亚甲基蓝吸附分析其吸附性能；采用TG/DTG分析原料去除木素前后热解过程。结果表明,除去木素后的原料耐热性和热稳定性均下降。除去木素原料所得AC的比表面积、总孔容、外表面积均有一定程度的下降；微孔孔容、微孔比表面积增加,碘吸附量增加,亚甲基蓝吸附量下降。木素的去除有利于微孔的形成。选取桦木、稻草屑为原料,采用添加20%硝酸和80%乙醇混合液处理试样,除去原料中的纤维素。研究纤维素对H3P04法活性炭(AC)孔隙结构的影响。结果表明：除纤维素后AC微孔孔容、微孔比表面积减小,碘吸附量减小,亚甲基蓝吸附量略为降低,但不显著。纤维素的去除有利于中孔的形成。同时,也证明木素可能是中大孔形成的主要原因,纤维素结构是AC微孔孔隙的主要贡献来源。纤维素在AC成孔过程中,对AC的耐热性和热稳定性影响不大,再次证实了木素是木质原料AC保持热稳定性的主要原因。以组成差异较为显著的桦木、落叶松木木屑为原料,通过相同的H3P04活化工艺制备活性炭,分析原料组成对活性炭的亚甲基蓝吸附值,碘值,比表面积,孔径,吸附孔容的影响。结果表明：两者的碘值都随温度的升高而升高,且其活化温度在500℃时,其碘值达到最大,然后下降。由桦木木屑为原料制备的活性炭其微细孔要比由落叶松木制备的活性炭结构发达。木素是中大孔形成的主要原因,而纤维素结构是微细孔结构的主要贡献来源；落叶松木相比桦木木屑热稳定性更强。经测定落叶松木的木素含量高于桦木木屑,进一步说明木素的存在对AC的热稳定性起主要作用。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
1 绪论  9-19
  1.1 引言  9
  1.2 生物质原料的分类  9-10
  1.3 生物质资源热解  10-11
  1.4 国内外关于木质原料对活性炭孔隙影响的现状  11-12
  1.5 生物质组成成分影响孔结构  12-15
    1.5.1 木素对孔结构影响  12-13
    1.5.2 纤维素结构对孔结构影响  13-14
    1.5.3 灰分对活性炭孔隙结构的影响  14-15
  1.6 活性炭孔隙结构决定吸附性能  15-17
    1.6.1 活性炭的吸附特点  15-17
    1.6.2 孔隙结构的表征  17
  1.7 目的和意义  17-19
2 研究内容、仪器及研究方法  19-27
  2.1 研究内容及方法  19
  2.2 实验原料及药品、仪器  19
  2.3 木质原料的性质测定  19-22
    2.3.1 水分含量的测定  19-20
    2.3.2 木素含量的测定  20-21
    2.3.3 综纤维素含量的测定  21
    2.3.4 纤维素含量的测定  21-22
    2.3.5 半纤维素含量的测定  22
  2.4 吸附性能测试方法  22-25
    2.4.1 活性炭碘值的测定  22-24
    2.4.2 活性炭亚甲基蓝值的测定  24-25
  2.5 孔结构分析  25-26
    2.5.1 吸附等温线、比表面积、孔径分析  25-26
  2.6 热重分析  26-27
3 木素对H_3PO_4法活性炭孔隙结构的影响  27-34
  3.1 前言  27
  3.2 实验部分  27-28
  3.3 结果与讨论  28-32
    3.3.1 孔结构分析  28-30
    3.3.2 吸附性能  30-31
    3.3.3 热重分析  31-32
  3.4 本章小结  32-34
4 纤维素、半纤维素多糖结构对H_3PO_4法活性炭孔隙结构的影响  34-40
  4.1 前言  34
  4.2 实验部分  34-35
  4.3 结果与讨论  35-39
    4.3.1 孔结构分析  35-36
    4.3.2 吸附性能  36-37
    4.3.3 热重分析  37-39
  4.4 本章小结  39-40
5 桦木、落叶松活性炭的孔隙结构比较  40-46
  5.1 前言  40
  5.2 实验部分  40-41
  5.3 结果与讨论  41-45
    5.3.1 AC_(BR)与AC_(LA)碘吸附值的比较  41
    5.3.2 AC_(BR)与AC_(LA)亚甲基蓝吸附值的比较  41-42
    5.3.3 吸附等温线的比较  42-43
    5.3.4 孔径分布的比较  43
    5.3.5 比表面积、总孔容及平均孔径的比较  43-44
    5.3.6 热重分析  44-45
  5.4 本章小结  45-46
结论  46-47
参考文献  47-51
附录  51-52
攻读学位期间发表的学术论文  52-53
致谢  53-54

木质原料的组成对H_3PO_4法活性炭孔隙结构的影响

内容摘要

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