核桃壳炭与煤粉混合燃烧特性及协同作用研究

在“双碳”目标积极推进背景下,节能减排已经成为当前钢铁工业绿色低碳发展的首要目标。生物质作为可再生碳源,应用于高炉冶炼可有效降低高炉冶炼过程的CO_(2)排放。本文选取农业生物质核桃壳为原料,深入研究高温条件下煤粉和核桃壳炭的热化学行为,研究不同比例混合燃料的燃烧特性,探讨煤粉与核桃壳炭共燃的协同作用,确定最优混合比例范围。结果表明,核桃壳炭的加入可以改善高炉喷吹煤粉的燃烧性能,核桃壳炭与煤粉的最佳掺混比例为25%,此时混合燃料的综合燃烧性能指数为6.253×10^(-10)(min^(-1)·℃^(-3));可燃性指数为3.715×10^(-6)(min^(-1)·℃^(-2))。核桃壳炭的掺入,有利于高炉生产实现节能减排,推动废弃物资源化处理和钢铁行业绿色低碳发展。

MXene/椰壳炭复合材料的制备及电化学性能分析

MXene具有与金属材料相似的能带结构,并表现出良好的导电性能。但是MXene极易发生层状堆积,影响MXene材料的电化学性能。本研究拟采用MXene和椰壳碳在去离子水中混合制备MXene复合材料,研究其结构和形态对其电化学性质的影响。研究结果表明,加入到MXene薄膜中的可溶性椰壳炭,通过粒子之间的相互渗透对锂离子的迁移起到促进作用。对该材料进行了充放电实验结果表明,采用质量配比1∶2的材料,在电流密度0.1 A/g条件下,其首次充放电比容量可以达到1951.7 m Ah/g,经过200次循环后,其充放电比容量为800.8 m Ah/g。

不同水分条件下椰壳炭施用对稻田土壤酶活性及微生物群落的影响

以热带稻田土壤为研究对象,利用室内短期恒温(25℃)培养探讨好氧和淹水条件下椰壳炭不同施用量(0%、2%和5%(w/w))对土壤性质和微生物群落的影响。结果表明:①培养35 d后,好氧和淹水条件下增施2%和5%椰壳炭均提升土壤pH,增幅分别为20%、39%和31%、32%。好氧下土壤脲酶活性增加121%和75%,酸性磷酸酶活性降低10%和49%,碱性磷酸酶活性提高39%和39%;淹水下脲酶活性减少12%和45%,酸性磷酸酶活性降低3%和14%,碱性磷酸酶活性增加133%和105%。②增施2%和5%椰壳炭时,好氧下土壤细菌和真菌香农指数均降低,但淹水时增加。好氧下变形杆菌门(Proteobacteria)、芽单胞菌门(Gemmatimonadetes)和浮霉菌门(Planctomycetes)丰度提高,增幅分别为2%、54%,51%、47%和94%、82%;淹水下酸杆菌门(Acidobacteria)、厚壁菌门(Firmicutes)和拟杆菌门(Bacteroidetes)丰度增加,增幅分别为3%、20%,14%、18%和38%、37%;同时好氧和淹水下土壤担子菌门(Basidiomycota)丰度均下降,降幅分别为68%、70%和68%、76%,并且淹水下壶菌门(Chytridiomycota)和罗兹菌门(Rozellomycota)丰度增加。该研究结果可为椰壳炭对稻田土壤改良及其推广应用提供参考。

改性核桃壳炭负载的碳化钼催化剂的制备及其在玉米油加氢脱氧反应中的应用

将核桃壳等可再生资源转化为能源或化工产品,是双碳目标的指引方向之一。核桃壳炭是核桃壳快速热解制备生物油的固体残渣,由于其低比表面积和较差的孔隙率,难以直接使用。用FeCl3活化剂对核桃壳炭进行改性,并将其与常用的KOH改性做对比,通过扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、BET方法、拉曼光谱、N2等温吸脱附曲线等系列表征,发现相较核桃壳炭,改性核桃壳炭的石墨化程度有所提高,其中,用FeCl3改性的核桃壳炭的比表面积由1.6 cm^(2)·g^(-1)提高至377 cm^(2)·g^(-1),孔容由0.0046 cm^(3)·g^(-1)提高至0.074 cm^(3)·g^(-1),呈现丰富的海绵状孔结构,且收率(61.2%)高于用KOH改性的核桃壳炭(35.8%)。将用FeCl3改性的核桃壳炭负载的碳化钼催化剂用于玉米油加氢脱氧反应,玉米油转化率和烃类产率分别达89.7%和87.2%,循环8次后,玉米油转化率和烃类收率均无明显下降,具有良好的稳定性。因此用FeCl3改性的核桃壳炭经济、高效和环境友好,有一定的推广应用价值。

椰壳炭吸附去除四环素性能及机理研究

资源化利用椰壳炭作为吸附剂去除水中四环素,对其进行了详细表征,研究了pH值、椰壳炭投加量、四环素初始质量浓度对吸附性能的影响,并探究了吸附机理.结果表明,椰壳炭以微孔和介孔为主,比表面积达478.45 m^(2)·g^(-1).初始质量浓度为50 mg·L^(-1)的四环素废水,投加500 mg·L^(-1)椰壳炭,处理15 min,去除率可达98%.椰壳炭对四环素的吸附符合Langmuir等温吸附模型,以单分子层表面吸附为主,吸附过程符合准一级吸附动力学模型,主要为物理吸附.

椰壳炭负载钌催化剂的制备及其催化氨硼烷水解制氢性能

以椰壳炭(CSC)为载体,通过浸渍-还原法负载活性组分Ru,制得Ru CSC催化剂,利用X射线衍射、X射线光电子能谱、透射电镜和N 2吸附-脱附等一系列表征手段来探究催化剂的微观结构及形貌;进而考察了光照、金属负载量、反应物浓度、催化剂用量、反应温度等因素对氨硼烷水解制氢反应速率的影响。结果表明:Ru与CSC之间存在金属-载体相互作用;以1.0%Ru CSC为催化剂催化氨硼烷水解制氢反应,其在可见光照射条件下的催化性能明显优于无光照条件;氨硼烷水解制氢速率与Ru/CSC浓度呈正相关关系,催化剂的界面反应是氨硼烷水解制氢的控速步骤,与氨硼烷浓度无关;以1.0%Ru CSC在298 K下光催化氨硼烷水解制氢反应的转化频率(TOF)为334.8 min^(-1),表观活化能(E_(a))为59.9 kJ mol。

磷酸活化核桃壳炭制备及吸附罗丹明B的研究

以核桃壳为原料,采用H_(3)PO_(4)活化法制备了核桃壳炭(WSBC)用于去除水溶液中的罗丹明B(RhB),应用FTIR、XRD、SEM和BET等技术对WSBC进行物相表征,利用UV–vis跟踪吸附过程,分析了H_(3)PO_(4)浓度、焙烧温度、吸附温度、投加量、溶液pH、RhB初始浓度对WSBC吸附性能的影响。结果表明:物相表征方面,制备的WSBC具有良好的孔隙结构,其表面具有丰富的官能团,吸附RhB前后,晶相无明显改变。吸附活性方面,采用0.5 mol/L的H_(3)PO_(4)溶液活化,600℃焙烧2 h制备的WSBC,在20℃,初始RhB浓度10 mg/L,投加量0.2 g,吸附时间60 min,RhB的吸附率为90%。WSBC吸附RhB过程符合准二级动力学方程,RhB在WSBC上的吸附遵循Langmuir吸附模型,最大理论吸附量为12.61 mg/g。

椰壳炭作为锂离子电池负极材料的电化学性能研究

以椰壳为原料,采用高温热解法和活化法制备了椰壳活性炭负极材料。通过X射线衍射、拉曼光谱、扫描电子显微镜、循环伏安法和电化学阻抗谱图等手段考察了活化处理对椰壳炭结构、形貌以及电化学性能的影响。结果表明,经活化处理的椰壳炭无序化程度高,富含微孔、介孔多孔结构,在0.1 A/g电流密度下,首次放电比容量达到918.22 mAh/g,在1 A/g电流密度下循环200次后放电比容量仍有447 mAh/g。

超声提取-椰壳炭纯化酸樱桃果皮原花青素工艺研究

本文对酸樱桃果皮原花青素的提取纯化工艺进行了研究。以酸樱桃加工副产物果皮为原料,采用超声提取-椰壳炭吸附法分离纯化原花青素,并以柱后液和洗脱液原花青素浓度为指标,考察吸附过程中椰壳炭的目数、上样浓度、上样流速以及解析过程中洗脱乙醇浓度、洗脱速度等影响因素。结果表明,最佳工艺条件为以50~70目椰壳炭进行吸附,上样浓度8mg·mL^(-1),上样速度3BV·h^(-1),以70%乙醇进行洗脱,洗脱速度2 BV·h^(-1)。稳定性试验显示,酸樱桃果皮渣粗提物的原花青素含量由6.13%提高至21.22%,且回收率高达83%。

椰壳炭制备高表面活性炭活化方法比较

以海南产椰壳炭和越南产椰壳炭为原料,探讨多种活化方法对活性炭结构的影响.900℃下气相氧化、铁催化氧化均得到比表面高于2200m2g的活性炭.磷酸钾催化氧化制备的活性炭,微孔较少,比表面达2300m2g.越南椰壳炭的炭化程度低,KOH值接活化的产品微孔较少,中孔较多,比表面较低.用KOH活化海南椰壳炭,得到微孔发达的活性炭,中孔较多,但经过进一步炭化以后再用KOH活化,比表面积可以提高.KOH活化的收率高于气相氧化法.500℃下用磷酸、氯化锌活化越南炭化料,孔结构没有显著的变化.测定25℃下甲烷在活性炭样品上的吸附,表明甲烷吸附量随活性炭微孔比表面积的增大而增加.

椰壳炭制备高比表面积活性炭的研究

高比表面积活性炭是一种极具潜力的吸附材料.本研究以椰壳炭为原料,采用水蒸气和CO2共同活化来制备活性炭.研究表明,粒径为0.28～0.90 mm的椰壳炭以水蒸气和CO2活化10～17 h 可以制备出比表面积超过 2 700 m^2/g 的活性炭.活性炭对CO2和CH4有着很强的吸附能力,在 25 ℃时最高吸附量分别达到20.4和 9.6 mmol/g.采用一种基于局部密度函数理论的方法计算出活性炭的孔隙主要集中在 2 nm 以下,利用孔径分布结果计算出的吸附量与实验测量值吻合很好.

椰壳炭磺酸催化剂制备及其对杯[4]芳烃合成反应的催化应用

以废弃椰壳为原料,经炭化和磺化制得新型固体磺酸催化剂,用于催化各种芳醛与间苯二酚的缩合反应,以较高收率(49%～95%)制得一系列杯[4]芳烃化合物,产物结构经IR、1H NMR和MS测试技术表征得以确证。

椰壳炭对水中阿莫西林的吸附特性

为考察椰壳炭对水中阿莫西林的吸附特性,以活性炭为参照进行了吸附动力学、吸附等温线、吸附热力学研究,结合扫描电镜、孔径与比表面积分析仪、傅里叶红外光谱仪对椰壳炭、活性炭形貌结构和物化性质的表征,分析了椰壳炭对阿莫西林的吸附机制。结果表明,25℃时椰壳炭对阿莫西林的吸附量是50.50 mg/g,高于活性炭的吸附量(48.02 mg/g);2种炭材料对阿莫西林的吸附均符合准二级动力学方程(R^2>0.991 9),表明吸附过程受2种以上因素共同影响;采用Langmuir与Freundlich方程对吸附等温结果进行了拟合,后者(R^2>0.938 7)拟合结果优于前者(R^2>0.928 8),表明炭材料对阿莫西林的吸附不是单分子层吸附;吸附热力学结果发现2种炭材料对阿莫西林的吸附过程是自发(ΔG<0)吸热(ΔH>0)熵变增大(ΔS>0)的过程且吸附过程主要为物理吸附(ΔH<40 kJ/mol)。

负载Mn-Co复合氧化物的椰壳炭对氮氧化物的吸附

以颗粒状椰壳炭(AC)为原料,制备了负载Mn-Co复合氧化物的(Mn-Co)x/AC吸附剂,考察了其对NOx的吸附性能。实验结果表明:在n(Co)∶(n(Mn)+n(Co))=0.16、焙烧温度为400℃、Mn-Co复合氧化物质量分数为2.78%的最佳条件下,(Mn-Co)x/AC试样的NOx吸附容量最大,为157.92 mg/g;随吸附温度升高,(Mn-Co)2.78/AC试样的NOx吸附容量下降;吸附了NOx的(Mn-Co)2.78/AC试样升温至200℃时,可以完全释放出吸附的NOx而再生。

用椰壳炭从开路银电解液中富集铂、钯试验研究

针对开路银电解液中铂钯浓度低、难回收的特点,研究了采用椰壳炭富集铂、钯。试验结果表明:在液固体积质量比72∶1条件下吸附120min,银电解液中铂、钯吸附率分别达98%和85%以上;在硝酸质量浓度200g/L、液固体积质量比8∶1条件下解吸80 min,负载于椰壳炭上的铂、钯的解吸率分别达86.95%和91.65%。工业试验结果表明,银电解液中铂、钯可分别富集至3.54g/L和62.12g/L,富集效果较好。

氯化锌造孔壳炭对Cr(Ⅵ)的吸附研究

采用氯化锌浸渍活化法制备了氯化锌造孔壳炭,研究了其对废水中Cr(Ⅵ)的吸附效果,并采用SEM、FTIR和BET等方法对改性壳炭的结构进行了表征。结果表明,处理初始Cr(Ⅵ)质量浓度为20 mg/L的水样,当温度为25℃,改性壳炭投加量为0.5 g,pH为2.0,吸附时间为180 min时,Cr(Ⅵ)去除率为98.8%,最大Cr(Ⅵ)吸附量为11.284 mg/g。拟合结果显示,Langmuir等温吸附方程可以较好地拟合改性壳炭对Cr(Ⅵ)的吸附过程,该动态吸附平衡遵循拟二级动力学方程。

核桃壳炭对Cr(Ⅵ)的吸附性能研究

将核桃壳在真空氛围下炭化,制备核桃壳炭吸附材料,选取粒径为0.5~1.0 mm的真空炭化核桃壳作为吸附剂,研究该吸附剂对水中Cr(Ⅵ)的吸附性能,并探讨了吸附剂用量、反应体系p H、吸附时间等因素对其吸附Cr(Ⅵ)的去除效果影响,采用SEM、BET和FTIR等现代技术对该吸附剂的表面结构进行表征。实验结果表明,对于处理50 m L初始浓度为20 mg/L的模拟水样,当p H值为1.0,温度为30℃,吸附剂用量为0.8 g,振荡强度为200 r/min,振荡吸附180 min后,核桃壳炭对Cr(Ⅵ)具有较好的吸附效果,其去除率高达94.8%;随着温度的升高,Cr(Ⅵ)的吸附量逐渐增加。吸附等温线及其模型的拟合结果显示,Langmuir模型能较好地反映吸附过程特征;吸附动力学分析结果表明,该动态吸附平衡遵循拟二级动力学方程。

氯化锌造孔壳炭的制备及其吸附性能研究

以核桃壳为原料,采用氯化锌对其进行改性,制备高比面积微孔壳炭,研究了改性剂浓度、浸渍比、炭化温度和炭化时间等条件对改性壳炭吸附性能的影响。采用扫描电子显微镜、傅立叶红外光谱、比表面积等现代技术对改性壳炭表面微观结构、化学结构进行了分析。结果表明,制备改性壳炭的适宜工艺条件为:改性剂质量分数为40%,浸渍比为1:3,炭化温度为500℃,炭化时间为60 min。在该条件下制备的改性壳炭对Cr(Ⅵ)的去除率达到98.9%。表征结果表明:改性壳炭的BET比表面积高达192.840 m^2/g,平均孔径为6.46 nm,总孔容为0.623 cm^3/g;其表面存在O—H、C—O—C、C—O、C—H和N—H等官能团。

磁性椰壳炭制备及对页岩气压返液中有机物的吸附研究

利用沉淀法制备了椰壳生物炭(CSB)与Fe3O4的复合物磁性椰壳生物炭(MCSB),并将其用于页岩气压裂返排液的研究。对MCSB进行结构表征,以TOC去除率作为评价指标,考察其对压返液的吸附效果。通过研究改性前后CSB的结构形貌、表面化学基团等物理结构,结果表明改性后的CSB依然具有多孔结构并且孔结构增多,其表面变得粗糙,表面积增大;且Fe-O键成功负载于表面,改性成功。MCSB制备最优条件为浸渍比率0.15,热解温度150℃,保留时间30 min,且对于MCSB吸附有机物的影响表现为:浸渍比率>保留时间>热解温度。通过响应面分析法优化吸附条件,获得MCSB处理压返液的最佳工艺条件:吸附时间90 min,搅拌强度104 r/min,吸附剂用量9 g/L。该条件下TOC去除率为61.00%,相较于CSB的TOC去除率增加23.00%。MCSB在处理废水后,经五次试验后依然具有最佳去除率的75.0%,MSCB通过外加磁场从水中分离并重复使用,可作为一种吸附剂有效去除水中的有机污染物,应用前景广阔。

铁锰改性椰壳炭对土壤镉形态及水稻吸收积累镉的影响

为研究椰壳炭(coconut shell biochar,简称"CSB")及铁锰改性椰壳炭(Fe-Mn modified coconut shell biochar,简称"FM-CSB")对土壤中Cd的钝化效果及对水稻吸收积累Cd的影响,采用室外水稻盆栽试验,比较了施加质量比为0. 5%的CSB与质量比为0. 05%、0. 1%、0. 2%、0. 5%的FM-CSB对南方酸性污染稻田土壤pH、Cd的形态变化及水稻各部位吸收积累Cd的差异性.结果表明:与CK相比,施加CSB与FM-CSB均能提升土壤pH,当FM-CSB施加量高于0. 1%时效果显著(P<0. 05),施加0. 5%FM-CSB处理效果最好,且优于添加0. 5%的未改性CSB处理.相比于CK处理,施加CSB与FM-CSB处理均可使土壤中w(弱酸可溶态Cd)随着水稻的生长而逐渐降低,而w(可还原态Cd)、w(可氧化态Cd)与w(残渣态Cd)则呈升高趋势,其中0. 5%FM-CSB处理对土壤中w(弱酸可溶态Cd)的降低效果最佳.随着FM-CSB添加量的增加,水稻各部位及稻米中w(Cd)均逐渐降低,施加0. 5%FM-CSB时的降Cd效果最佳,可使水稻根、茎、叶、壳与糙米中w(Cd)比CK分别下降48. 66%、54. 64%、45. 11%、31. 64%与48. 94%,并增产39. 33%,而施加量同为0. 5%时的FM-CSB处理下的降Cd效果显著高于未改性的CSB.研究显示,施加0. 5%CSB与0. 05%～0. 5%的FM-CSB均可钝化土壤中Cd并降低水稻对Cd的吸收,且施加相同量的FM-CSB对Cd的钝化效果优于CSB.可见,FM-CSB可钝化土壤中Cd、降低其生物有效性,并减少Cd在水稻各部位的积累.