稻草炭对溶液中Cu(Ⅱ)的吸附作用

研究了稻草炭对Cu(Ⅱ)的吸附特征,探讨了Cu(Ⅱ)的吸附机制.结果表明,稻草炭对Cu(Ⅱ)有很高的吸附容量,Langmuir方程能很好地拟合Cu(Ⅱ)吸附等温线,因此可以描述稻草炭对Cu(Ⅱ)的吸附,其预测的Cu(Ⅱ)在pH 4.5和pH 5.0时的最大吸附量分别为0.628 mol.kg-1和0.763 mol.kg-1.稻草炭对Cu(Ⅱ)的吸附量随体系pH升高而增加,但吸附Cu(Ⅱ)的解吸率呈相反的变化趋势.当吸附体系pH≤4.5时,Cu(Ⅱ)解吸率大于55%,说明此时以静电吸附为主;在较高pH条件下Cu(Ⅱ)以非静电吸附机制为主.红外光谱的分析结果表明,稻草炭表面有丰富的—COOH和—OH等含氧官能团,Cu2+与含氧官能团形成有机络合物导致—COOH吸附峰位移.Cu(Ⅱ)吸附使稻草炭颗粒的Zeta电位向正值方向位移.结果说明Cu(Ⅱ)在稻草炭表面发生了专性吸附.

稻秆半焦与CO2气化反应特性的研究

利用三种热解炉装置,分别在热解终温550℃～950℃、加热速率0.1K/s～500K/s下热解制取稻秆半焦。采用等温热重法,在STA409综合热分析仪上进行了稻秆半焦与CO2的气化实验,考察了热解终温、热解速率以及气化温度对半焦气化反应性的影响。研究表明,热解条件对稻秆半焦的反应性影响很大。在热解终温为550℃～950℃时,随着热解温度的提高,其气化反应性呈下降趋势;热解速率越高,其气化反应性越好。在850℃～950℃,提高气化温度能提高稻秆半焦与CO2的反应性。采用扫描电镜技术观测了0.1K/s和500K/s两种热解速率下半焦的表面形貌。结果显示,后者具有更加丰富的孔隙结构,且大孔结构明显多于前者。采用混合反应模型描述了稻秆半焦与CO2的气化反应过程,求取了反应动力学参数。

稻草水解渣制炭磺酸及催化合成甘油缩环己酮

以稻草水解残渣为原料,经减压热解炭化和发烟硫酸磺化制备出了新型固体酸稻草炭磺酸.炭化是从室温以10℃/m in升温到150℃,恒温3 h;磺化按1∶10的炭酸质量比加入发烟硫酸(50%SO3),在80℃下恒温3h,制得的稻草炭磺酸的酸量达到2.0 mmol/g.稻草炭磺酸在甘油缩环己酮反应中表现出了良好的催化活性.在环己酮用量0.10 mol,丙三醇0.12 mol,催化剂用量10 mg,带水剂环己烷15 mL,反应2.5 h,环己酮转化率达99.3%,并以良好的稳定性而可重复使用.

不同温度生物炭酸化前后的表面特性及镉溶液吸附能力比较

以稻秆为原料,在不同温度(300,400,500,600,700℃)条件下采用限氧控温炭化制备生物炭,用HCl和HF对其进行酸化处理,利用傅立叶变换红外光谱仪、比表面积和孔径测定仪现代分析手段对生物炭酸化前后的表面官能团、比表面积、孔径等特性进行比较,分析制备温度和生物炭表面特性之间的关系,探究制备所需生物炭的最佳温度条件。通过生物炭酸化处理和镉吸附实验结果,研究酸可溶矿物在生物炭吸附镉的贡献及制备温度对生物炭吸附镉能力的影响,为生物炭吸附水体中重金属镉提供科学依据。傅里叶红外分析表明,不同温度生物炭表面官能团存在一定的差异,主要表现为随制备温度升高,烷烃基缺失,甲基-CH3和亚甲基-CH2逐渐消失,形成了芳香环且芳香化程度增加。生物炭酸化后无机矿物Si O2吸收峰逐渐消失,官能团种类并没有发生变化,不同官能团随制备温度变化规律仍与酸化前生物炭一致。表面积及孔径分析结果表明,生物炭孔结构主要为中孔,随着热解温度的升高,比表面积和总孔容有所增大,在600℃达到最大;平均孔径随着制备温度升高而变小。生物炭酸化处理可以显著增大生物炭比表面积,总孔容也有所增加。生物炭酸化后充分去除了矿物质,孔隙结构未发生变化,孔结构仍为中孔,微孔表面积减小。镉吸附实验表明生物炭对镉具有较强的吸附能力,不同温度条件下镉吸附率均高于75%,且随温度升高而上升。生物炭经酸化处理后,镉吸附能力显著下降,这说明生物炭中的酸可溶矿物质在镉溶液的吸附过程中有重要作用。

稻秆热解固体产物的性能

稻秆热解的目的是为了脱除氧元素,增加能量密度,并将热解的固体产物作为生物质气流床气化原料,从而提高气化合成气的热值。稻秆在管式电阻炉中以5℃/min和15℃/min的升温速率进行慢速热解,热解温度为200~800℃。利用自动量热仪和元素分析仪对热解后固体产物进行热值和元素分析。结果表明：同一热解温度下,升温速率越快,半焦的热值越高;碳元素的含量随着热解温度的升高逐渐增加,而氢和氧两种元素的含量随着热解温度的升高逐渐降低。同时,推导出热值与半焦中各元素含量的关系式。

秸秆还田方式对植烟土壤团聚体特征及烤烟产质量的影响

通过2年田间定位试验,研究烟稻轮作区不同还田方式对烟田土壤理化性质、团聚体特征及烤烟产质量的影响。试验设置4个处理:无秸秆(CK),秸秆覆盖还田(T1),秸秆粉碎还田(T2)及秸秆炭化还田(T3)。结果表明,不同秸秆还田方式均能改善土壤理化性质,与对照相比,粉碎还田和炭化还田显著提升土壤的pH、碱解氮、有效磷和速效钾含量(p≤0.05),其中以炭化还田的培肥效果最优;同时,3种还田方式均不同程度提高土壤的团粒结构及稳定性,其中以粉碎还田下土壤>0.25 mm水稳性团聚体总量、团聚体平均重量直径及几何平均直径等稳定性指标最高,而分维数最低,其次是秸秆炭化还田处理。从烤后烟叶的产质量来看,秸秆粉碎还田处理烟叶的经济效益、C3F等级烟叶的化学成分和感官评价质量均最优,其次是秸秆覆盖和炭化还田处理。综合来看,水稻秸秆粉碎还田是皖南烟稻轮作区较优的秸秆还田利用方式,其次是秸秆转化成生物炭还田及覆盖还田方式。

CO_(2)/H_(2)O气氛对生物质焦化学结构演化及反应性作用机理研究

以水稻秸秆(RS)为研究对象,研究了CO_(2)/H_(2)O气氛对其脱挥发分过程中焦产率、结构及其反应性的影响。采用傅里叶红外光谱(FTIR)及拉曼光谱(Raman)对不同条件下制备的RS焦进行表征,阐明不同反应气氛下RS焦的微观化学结构演化规律。采用热重分析仪(TGA)对制备的RS焦的燃烧反应性进行分析,揭示了CO_(2)气氛、H_(2)O气氛与CO_(2)/H_(2)O混合气氛对RS焦微观化学结构演化及反应性的作用机理。结果表明:CO_(2)/H_(2)O气氛下,生物质焦产率随着反应终温升高而降低,且在700℃以上焦产率差异较大;CO_(2)/H_(2)O混合气氛更有利于促进生物质焦中小芳香环系统的消耗和缩聚,CO_(2)和H_(2)O气氛在高温下对生物质焦的反应存在协同作用和竞争关系;制焦温度在700℃以上时,CO_(2)/H_(2)O气氛有助于改善生物质焦的燃烧特性。

改性生物质稻秆焦脱除烟气中汞的实验研究

本文提出利用卤化铵盐NH_4Cl和NH_4Br及H_2O_2对生物质稻杆焦进行化学浸渍改性,以提高其对燃煤烟气中汞吸附的化学活性;采用N_2吸附/脱附、扫描电子显微镜/X射线能谱仪(SEM-EDS)对改性稻杆焦吸附剂进行了微观形貌表征。在固定床汞吸附实验台上,进行了稻杆焦吸附脱除模拟烟气中Hg^0的实验研究和理论分析。研究结果表明,稻杆焦经改性后,其孔结构特性得到了较大改善,没有发生孔堵塞现象,其表面的片状突起结构比改性前更为丰富。稻杆焦改性后,其表面的Cl、Br、O含量明显增加;氧化和吸附汞的能力都有显著的提高。

稻草的水热碳化研究

利用水热碳化技术,在1 000 mL的反应釜中,考察了反应温度和停留时间对于稻草水热碳化的影响。结果表明,稻草碳化得到的气相产物主要为CO2、液相产物主要为乙酸和葡萄糖。随着反应温度和停留时间的提高,CO2、乙酸的产率以及生物炭(固相产物)的能量密度呈上升趋势,而生物炭的产率则呈现相反的趋势。在低温条件下(200℃左右),可获得较高葡萄糖产率。生物炭的吸水性实验表明,在反应温度为260℃,停留时间为1 h的条件下,生物炭的产率达到稳定。扫描电镜分析结果说明,经过碳化后的稻草整体呈现碎片状态,并伴有大量蜂窝状结构。

不同裂解温度对水稻秸秆制备生物炭及其特性的影响

以农业废弃物水稻秸秆为原料,采用限氧裂解法不同温度(300℃、400℃、500℃、600℃、700℃)下制备生物炭,利用SEM电镜扫描、比表面测定、傅里叶红外光谱、元素分析等现代分析手段对生物炭的结构、形貌、比表面积、孔径、表面官能团和元素含量等理化特性指标进行分析表征.结果表明:随着热解温度的升高,产率和挥发分比例下降,灰分含量升高,p H值增大,含碳量上升,N、H、O含量下降,H/C、O/C、(O+N)/C下降,这表明生物炭芳香性增强,亲水性和极性减弱.生物炭具有丰富的孔隙结构,随着温度升高,孔隙数量增加,孔结构发育更加完全.稻秆生物炭孔结构主要为中孔,且随着热解温度的升高,平均孔径变小,比表面积有所增大,在600℃达到最大.红外光谱结果显示,随着裂解温度升高,水稻秸秆中烷烃基缺失,甲基(—CH3)和亚甲基(—CH2)逐渐消失,而芳香族化合物增加,芳香化程度增强.

秸秆及生物炭添加对猪粪沼渣施肥水稻重金属积累的影响

秸秆还田在重金属污染稻田中被广泛应用并日益推广,其对土壤中重金属生物有效性和水稻重金属吸收积累产生的影响不容忽视.本研究选用因连续10年以上施用生猪沼渣沼液而导致重金属超标的水稻土,通过盆栽试验研究了不同的秸秆还田方式(直接还田或生物炭还田)与用量(0、1%、2%、4%和8%)对水稻重金属吸收积累的影响.结果表明,长期施用沼渣沼液可导致土壤重金属富集,其中,铜(Cu)、锌(Zn)和镉(Cd)含量高于国家土壤环境质量二级标准;秸秆或生物炭添加提高了水稻根或茎叶中重金属的截留,降低了籽粒中的积累;秸秆还田对于水稻Cu的吸收积累控制效果显著,添加1%、2%、4%和8%的秸秆分别使糙米中的Cu含量降低了35%、51%、64%和71%;生物炭添加对于控制水稻Cd的吸收积累效果显著,1%、2%、4%和8%生物炭添加量分别使水稻Cd的积累降低了21%、33%、36%和35%.对于Zn的吸收积累,两种还田方式均具有显著的控制效果;但在As污染稻田,秸秆直接还田应慎重,因为秸秆添加可显著提高糙米中As的积累.通过对比不同的秸秆还田量对控制糙米中重金属积累的效果,同时考虑该区域重金属的污染状况和还田成本,推荐在该施肥区域实施2%的秸秆直接还田.该研究将为水稻安全生产与农业废弃物循环利用提供理论与实践指导.

制焦条件对稻秆与大同烟煤共气化特性影响的实验研究

在自行设计搭建的气化实验装置上进行不同制焦条件下稻焦-大同烟煤焦的混合焦样气化特性实验。对比不同工况下气化特性曲线发现:在本实验工况下,稻-煤焦样经机械掺混后的气化特性优于相同工况下浸渍混合后的气化特性;混合后制焦所得焦样气化特性优于先制焦后混合处理所得焦样的气化特性;煤和稻焦热解温度对混焦的气化特性影响不同,热解温度对生物质焦以及随后气化特性的影响大于对煤焦的影响;无论是稻焦还是煤焦,热解时间对混焦的气化特性影响均不明显。通过上述热解条件对稻-煤气化特性的影响,为煤与生物质共气化的工业应用提供指导。

不同产地水稻秸秆制备生物炭结构特征及其理化性质

以江苏丹阳、黑龙江哈尔滨产地水稻秸秆为原料,采用限氧裂解法,在不同温度(300,500,700℃)下制备生物炭,利用SEM电镜扫描、元素分析、比表面积测定、傅里叶红外光谱(FTIR)、XRD衍射等分析手段对两产地生物炭结构特征进行全面表征和比较分析。结果表明:1)裂解温度升高,丹阳生物炭和哈尔滨生物炭各项理化性质表现出大体一致的变化趋势。2)裂解温度升高,两产地生物炭均呈现产率下降,pH增大,C含量升高,比表面积和总孔容增大,芳香化程度增加的趋势;丹阳生物炭中C含量低于哈尔滨生物炭;700℃丹阳生物炭孔隙结构发育程度最高。在300,500℃的制备温度下,丹阳生物炭的芳香族C-C、芳香族C—H含量明显高于哈尔滨生物炭,500,700℃的制备温度下丹阳生物炭的SiO_2、KCl含量高于哈尔滨生物炭。