葡萄糖水熱炭化及其活化特性研究.pdf

1、水熱焦炭可廣泛用于燃料、土壤改良、污染物脫除、功能納米材料制備、固定CO2等諸多領(lǐng)域,同時由于其溫和且簡單的制備條件、良好的原料適應(yīng)性等優(yōu)點,為生物質(zhì)資源化利用提供了廣闊的前景。
　　本文考查了水熱條件對葡萄糖水熱焦炭理化特性的影響,實驗發(fā)現(xiàn):在反應(yīng)溫度為170~280℃,停留時間為0.5~12h,反應(yīng)物濃度為1~12g/100ml,pH值為3~14的水熱條件范圍內(nèi),適宜的溫度(220℃)和停留時間(4h)、較小的原料濃度以及中性

2、環(huán)境有利于葡萄糖水熱炭化生成表面光滑、球形度良好、粒徑均一的炭微球;較高的溫度和原料濃度、較長的停留時間及酸性環(huán)境有利于提高水熱焦炭的產(chǎn)率及固碳率;較高的溫度和較長的停留時間能夠提高水熱焦炭的熱穩(wěn)定性;二次水熱能夠明顯增加水熱焦炭產(chǎn)量及固碳率,提高原料利用率,但會對炭微球形貌帶來不利的影響。
　　在溫度為220℃、停留時間為4h以及葡萄糖濃度為6g/100ml的中性水熱條件下,水熱焦炭具有優(yōu)良的表觀形貌:該水熱焦炭以球形完整、表面

3、光滑、尺寸不一的炭微球形式存在,且粒徑主要分布在0.7~1.9um之間;葡萄糖水熱焦炭是一種無定形炭,比表面積極小,且只具有少量的中孔和大孔結(jié)構(gòu);水熱炭化的過程中發(fā)生了脫水、聚合、芳香化反應(yīng),水熱焦炭中存在大量的含氧官能團,主要是-OH和-C=O。水熱炭化后,C/O比大幅增加,且水熱焦炭表面炭化程度要高于內(nèi)核;
　　在相同的條件下,以水葫蘆和稻稈為原料,制備了生物質(zhì)水熱焦炭,通過與葡萄糖水熱焦炭進行對比發(fā)現(xiàn):生物質(zhì)水熱焦炭中只存在

4、極少的炭微球,相比于葡萄糖炭微球,這些炭微球表面粗糙、球形度差且大小不一;生物質(zhì)水熱焦炭具有較小的比表面積,且同樣只具有少量的中孔和大孔;生物質(zhì)穩(wěn)定的纖維結(jié)構(gòu)和較高的灰分含量,對其水熱焦炭的官能團分布、元素組成以及高位發(fā)熱量均有較大影響。
　　水熱焦炭的形成過程,主要是大量的水熱中間產(chǎn)物通過脫水、聚合生成微球核心,微球核心通過不斷吸附周圍分子,形成分散的膠體粒子,并最終演變成炭微球或塊狀焦結(jié)。
　　以葡萄糖水熱焦炭為前驅(qū)體,

5、經(jīng)KOH化學(xué)活化處理制備了活化焦炭,該活化焦炭仍然是一種無定形炭,其表面形貌難以保留原始的炭微球聚集形態(tài),而主要以多層的平面網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)或多孔的塊狀形態(tài)存在,極少數(shù)為多孔的炭微球形貌;KOH活化焦炭具有較好的微孔結(jié)構(gòu)以及比表面積,且隨著KOH浸漬比的增加和活化溫度的升高,活化焦炭產(chǎn)率逐漸減少,活化焦炭比表面積、總孔容積逐漸增大,而微孔容積則先增后減,并在700℃和浸漬比為1時達到最大;活化焦炭含有較少的-OH和芳香環(huán)-C=O官能團;水熱焦炭