芦苇炭的制备、表征及吸附性能外文翻译资料

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芦苇炭的制备、表征及吸附性能

卓洋* 陈静

河北环境工程大学，秦皇岛066102

摘要：本文研究了不同温度条件下制备的芦苇炭的基本理化性质和表观性能，以及吸附时间的变化。 研究了三种生物炭的初始溶液pH值、初始溶液Pb² 浓度随时间的变化。主要研究成果如下：在这三种生物炭的制备中，随着温度的升高，生物炭产率降低，灰分含量增加，pH值升高。随着热解温度的升高， 芦苇生物炭中的C、N元素含量增加，O、H元素含量下降。比表面积、Langmuir比表面积、T图微孔比表面积 BJH吸附比表面积表现为L 500gt;L 700gt;L 300。生物炭对氮的吸附量存在L500gt;L700gt;L300的规律。吸附实验结果表明，在500℃下制备的生物炭L 500的吸附效果最好，最佳吸附条件为pH6，吸附时间150 min，吸附温度25℃。

关键词：芦苇炭 热解温度 吸附

1. 介绍

生物炭是通过生物质的部分热解和炭化或完全缺氧而制得的，碳含量高，间隙结构发达，能够保持养分和水分，是一种理想的土壤改良剂(Lehmann等人，2006年；梁等人，2006年)。生物炭具有很高的防腐稳定性，极高的养分保持能力，在减轻温室气体效应、土壤改良、环境污染缓解和固体废物资源利用等方面发挥了巨大的作用(邓，2012年)。制备生物炭的原料来源多样，从环境友好型、废弃物资源化和再利用的角度考虑，主要来源于木屑、贝壳、牛粪等废弃物，以及工业和城市生活中产生的有机废弃物。用废生物质制备的这种生物炭用于环境保护的生物吸附。因此越来越受到重视和关注(Sohi，2009)。生物炭具有独特的表面性能，是一种优良的吸附材料。从微观结构上可以看出，生物炭具有疏松、多孔、比表面积大的特点，其表面官能团包括羧基、酚羟基和酸酐基团。这使得生物炭具有良好的吸附特性，并能影响和改变环境中污染物的迁移、转化和生态效应，减少环境中的有机污染物和环境风险(蒋等人，2013年)。

生物炭的基本性质主要受原料、制备温度和准备时间等因素的影响。由于原料、工艺和热解条件的不同，生物炭在物理和化学性质上表现出很大的多样性，如s结构组成、pH值、灰分含量、含水量和比表面积。不同的生物质材料中含有不同比重的纤维素、半纤维素和木质素，具有不同的组织结构，碳化物的多孔结构变化非常显著（莱曼，2007）。目前，原料和热解温度是学术界普遍关注的问题。 生物炭的存在对碳的理化性质和环境功能的影响最大，生物炭的功能和原料成分是决定生物炭的组成和性质的基础，而生物炭的影响：10.3303/CET 1762208请列举如下。 文章AS：卓扬，陈静，2017，芦苇生物炭的制备、表征及吸附性能，化学工程学报，62，1243-1248 DOI：10.3303/CET 17622081243 S温度对其环境的应用特性一直是研究的热点（谢，2011）。

芦苇是典型的湿地植物，是一种禾本科高耸多年生水生草本植物，适应性广，抗逆性强，具有优良的特性。 生长季节长，生长快，产量高。芦苇地上生物量很大，白洋淀芦苇湿地地上干质量为6，000～7，500 kg/hm²。由于缺乏经济有效的资源利用技术，湿地系统中的芦苇不能及时去除，一旦发生自然腐烂和分解，则采用化学气相色谱法。 湿地系统中会释放出植物和营养物质，造成二次污染。由于芦苇生长快，生物量大，适合采摘和采摘。 由于成本低，是一种适合加工成生物炭的植物资源。

本研究以芦苇为原料，在不同的热解温度下制备芦苇。 通过对生物炭的表征，揭示了生物炭的特性与制备条件(如热解温度和热解时间)之间的规律。 为生物炭的引用和推广提供了基本依据。此外，本研究还分析了生物炭对铅的吸附性能和原理， 本文为环境修复提供了新的材料，同时分析了生物炭对铅的吸附性能和规律。本文提出了湿地植物资源化利用技术，为环境恢复提供了新的信息。

1. 材料与方法

2.1生物炭的制备

芦苇作为试验植物，取材于辽宁省盘锦市大川县红滩国家自然保护区，采样点位于二家沟镇湿地。洁净植物，然后空气干燥72h。然后将其粉碎，放入电加热炉中干燥1小时。当它冷却到室温时，一定数量的原料 用电天平称重(精确到0.01g)进入燃烧船(自行制造)，然后转移到管式真空炉进行热解。设定不同炭化温度 碳化温度(300℃，500℃，700℃)，升温5℃/min，每次升温2h。在0.7Lfrasl;m流量下填充高纯氮 在整个过程中。让它冷却并研磨样品，让它通过100目筛，从而获得生物炭成品，并将其放入密封袋储存。分别标记为芦苇生物炭(L300、L500、L700)。

2.2生物炭特性表征方法

确定生物炭的生产率：在治疗前后称重生物炭。炭化后试样质量与原料干重之比是生产效率；

生物炭的灰分含量：通过100目(精确到0.01mg)重约1.0g的生物炭样品，将其平放在瓷质坩埚底部，放进马弗炉中。 在800℃下保温4h，让它冷却到室温下，取出并称重。

用公式计算灰含量： A=((G2-G1)/G)x100%

其中A是灰分的百分比样品%；G是点火前的生物炭含量g；G1是空坩埚的质量g；G2是灰分含量和坩埚质量g。

确定生物炭的pH值：使用Masulili(2010)中测定生物炭的pH值，即用去离子水稀释生物炭样品，制备1%的生物炭悬浮液。把它加热到90度，然后完全加热 搅拌20分钟，使生物炭中的可溶性成分溶于水溶液中，最后冷却至室温，并测定相应的pH值。 酸度计用可变微立方体元素分析仪（Enimar（德国），模型：Valo McCube）测定芦苇生物炭中C、H、N和O元素的含量百分率。根据BET法 用比表面积和孔径分布分析仪测定芦苇生物炭在液氮温度(77k)条件下的比表面积和孔径分布)。将生物炭通过100目筛子加入水中，再加入一定量的草酸钠溶解，分离悬浮在cnc超声波清洗剂中，取悬液进行脱附。 用Zeta电位分析仪终止电位(品牌：马尔文，型号：Nan-Z)。在少量的生物炭样品上进行镀金，并将它们附在样品表上，用扫描电子显微镜(SEM)观察样品的形貌和表面特征。用傅里叶变换红外光谱仪测定生物炭的红外光谱。

2.3生物炭的吸附能力和规律

1. 吸附动力学试验

将0.1000g生物炭样品加入150mL三角烧瓶中，加入50mL20 mg·L^-1 Pb² 溶液，其中背景电解质NaNO₃的浓度为0.01mL·L^-1。调节pH值用稀释的HNO₃和NaOH调至5.5，恒温振动(25℃，200 r·min-1)，测定Pb² 在5，10，15，20，30，40 min和1℃取样时的吸附量,和在2，8，16，24，30，48小时，以不添加生物炭为阳性对照，去离子水为阴性对照。

1. 溶液初始pH值对吸附速率的影响

将0.1000g生物炭样品放入150mL三角瓶中，当背景电解质NaNO₃浓度为0.01mol·L^-1，初始质量浓度为20 mg·L^-1 Pb² 溶液50 mL。调节pH值至2，3，4，5，6，7，在恒温(25°C，200 r·min^-1)下振动24h，过滤24h，测定悬浮液的最终pH值，调节滤液pHlt;2，测定pH值。以不添加生物炭为正对照，去离子水为阴性对照。

1. 等温吸附

将0.1000g生物炭样品放入150 mL三角瓶中。溶液初始pH值为5.5，背景电解质NaNO₃浓度为0.01mol·L^-1。调节Pb² 质量浓度分别为2.0、5.0、10.0、20.0、40.0、80.0mg·L^-1，恒温振动24h(200 r·min^-1)，在25℃下测定生物炭对Pb² 的等温吸附。 取样品进行过滤，调节滤液pHlt;2，测定Pb² 的浓度。以不添加生物炭为阳性对照，去离子水为负极对照。根据Pb² 的初始浓度和平衡浓度计算生物炭对Pb² 的吸附量，重复上述测试两次。

1. 正交试验

根据最优单因素试验结果，拟定了三因素和三级正交试验，并对生物炭的最佳吸附条件进行了考察。

1. 结果与分析

3.1芦苇生物炭表观性能及理化性质分析

1. 芦苇生物炭的生产力、灰分和pH值

表1显示了不同热解温度下生物炭的产率、灰分含量和pH值。随着温度的升高，生物炭产量下降，灰分含量增加， pH值升高。在生产力方面，L 300gt;L 500gt;L 700；就灰分含量而言，L300lt;L500lt;L700；就pH值而言，L300lt;L500lt;L700。 随着热解温度的升高，材料热解量增加，生物炭产率降低，灰分含量逐渐积累。在低温下，由于原料中脂肪烃的低浓度和CH4、H2和CO的少量逸出，生物炭的生产效率很高(Yang，2007)。在300℃时，生物炭的生产率为26.24%，当温度升高到700℃，生产率下降到18.96%，下降率约为28%。在500℃～700℃范围内，材料的生物炭质量损失显著，而质量损失较小。 T 300℃～500℃，可以推断，500℃～700℃是原材料质量损失的关键区间。随着热解温度的升高，pH值由6.44上升到8.98，随温度的升高而增大，增长率为39%。生物炭作为土壤改良剂，可以提高土壤pH值，增加土壤pH值可以抑制温室气体的释放。因此，在土壤中加入生物炭可以缓解全球变暖的趋势。

表1 生物炭的生产力、灰分含量和pH值

1. 生物炭元素组成分析

芦苇原料和生物炭的元素组成和原子比见表2。随着热解温度的升高，芦苇生物炭中C、N元素含量增加，O和H元素的百分含量下降。原料热解后，C、N元素的含量比原料中的百分比增加，O、H元素含量较原料降低。与300℃时相比，700℃时C元素含量增加46%，N元素含量增加了44%，O元素含量下降了85%，H元素含量下降了73%。主要原因是 芦苇原料中纤维素、半纤维素和木质素的脱水反应、脱羧反应和脱羟反应导致O元素和H元素的流失。在生物质热解过程中，随着一些微生物的挥发和某些C元素的流失，产生了大量的CO₂。但总的来说，随着热解温度的升高，碳元素的百分含量增加。Kuhlbusch等人为黑碳定义了H/Cle;0.2 (Graetz，2003年)，Graetz等人认为在高温下形成的生物炭具有H/Cle;0.5(Schmidt和Noack，2000年)。在本研究中，生物碳的H/C值均低于0.2。 三种温度下，随着热解温度的升高，H/C和O/C降低，表明芦苇生物炭产品具有较高的芳香性和固化度，并具有良好的性能。