中空管状碳化玉米秸秆吸附剂的制备及吸油性能研究

玉米秸秆生物炭制备及结构特性分析作者：许冬倩来源：《广西植物》2018年第09期摘要：为了高效、经济、环保地解决华北平原地区玉米秸秆处置问题并寻求有效途径，该研究以玉米秸秆为原料，采用限氧裂解法在不同温度（200 ℃、300 ℃、400 ℃、500 ℃）下制备生物炭，并对生物炭的热解动力学、结构形貌、元素组成、比表面积、孔径分布、官能团等理化特征进行了分析表征。

结果表明：不同裂解温度制备的生物炭具有不同的差热曲线，其官能团的组成也存在差异，这表明了样品中不同生物质的热解反应过程。

随着热解温度的升高，生物炭产率、氢和氧含量下降，同时H/C和（O+N）/C比值也降低，而碳和氮含量却升高，说明生物炭芳香性增强，亲水性和极性减弱，性质趋于稳定。

生物炭热重曲线和差热曲线分为三个过程，热解温度高时失重比例低，曲线趋向平缓。

生物炭的比表面积、微孔比表面积、中孔体积和微孔体积随着热解温度的升高而增大，但最可几孔径却减小，吸附能力增强。

综上所述，400 ℃的温度制备生物炭，其产率相对较高、结构最稳定、吸附性能最佳，有助于最大程序的利用农业废弃物资源、降低耗能，提高农产品附加值。

关键词：玉米秸秆，生物炭，限氧裂解，结构中图分类号： Q946， S38 文献标识码： A 文章编号： 1000-3142（2018）09-1125-11Abstract： Biochar is rich in carbon， which can reduce carbon emissions greatly by carbon sequestration， and play a significant role in controlling the diffusion of pollutants and promoting plant growth. Biochar， as a by-product of a variety of agricultural waste， such as corn stove， can increase the added value of agricultural products and increase agricultural income. To resolve the problem of the processing and utilization of corn stalk in North China in a high efficient， economic and environment-friendly way， in this study， a series of biochars were made from corn stove under different temperatures （200 ℃， 300 ℃， 400 ℃， 500 ℃） using oxygen-limited pyrolysis method. The pyrolysis kinetics， structure， morphology， element composition， specific surface area， pore dimeter distribution and surface functional groups were analyzed thoroughly and systematically by according methods， respectively. The results showed the biochars prepared under different pyrolysis temperatures possessed differential pyrolysis kinetics and distinct surface functional groups， which meant the pyrolysis process of different biomasses. With the heating-up process of pyrolysis， the yield， contents of nitrogen and carbon decreased， but the hydrogen and oxygen increased； meanwhile， the ratios of H/C and （O+N）/C decreased， which meant the decreasing of hydrophilicity and polarity and the increasing of aromaticity and stability. Thermogravimetric curve and differential thermal curve included three processes respectively. When the pyrolysis temperature was high， the weight loss ratio was low and the curve tended to be gentle. The specific surface area， micropore specific surface， medium pore volume， micropore volume increased with the elevation of pyrolysis temperature， but the most probable aperture decreased；moreover， adsorption capacity enhanced. In conclusion， the biochars could be prepared under 400 ℃ with a relative high yield and the most stable structure and the best adsorption performance could be obtained.Key words： corn stover， biochars， oxygen-limited pyrolysis， structure 生物炭是生物质在缺氧或无氧及较低温度条件下（一般生产制备生物炭的原料包括玉米秸秆、小麦秸秆、各种草、木屑、畜禽粪质等生物质废料，其中玉米秸秆产量丰富且可再生，是制备生物炭的优质原料之一（张璐等，2015；李明等，2015）。

试点论坛shi dian lun tan304秸秆等农林废弃物制备活性炭及其吸附性能研究◎杨嘉玥 顾佳怡 姜淮莉摘要：以稻壳，花生壳，玉米秸秆，稻谷秸秆农林废弃物为原材料，通过氯化锌活化法，磷酸法，KOH活化法，氯化钙活化法及脱硅活化法制备生物质活性炭材料。

探究制备活性炭的产率及活性炭在不同活化剂作用下对亚甲基蓝的吸附性能。

结果表明，KOH＋稻谷秸秆组合下的活性炭吸附效果最佳，在其投加量为30mg/L，吸附时间为2h，实验温度为30℃时，吸附量为63.36 mg/g,平衡浓度为2.1 c/mg·L，去除率为85.85%。

关键词：活性炭；秸秆；农林废弃物；吸附量活性炭具有疏松多孔，比表面积大的特质，能有效去除二级出水中大多数有机污染物和某些无机物，在工业，医疗，污水处理等领域应用广泛。

而我国作为一个农业大国，在生产稻谷等农作物时会产生大量秸秆，稻壳等农林废弃物，其大多被直接丢弃和焚烧还田，造成资源浪费及环境污染。

利用其农林废弃物制备活性炭在相比于煤，木材等传统材料制备不但价格低廉节约成本，还可以起到还田改良土壤肥力作用，实现资源最大化利用。

本文以稻壳，花生壳，玉米秸秆，稻谷秸秆为原材料，通过氯化锌活化法，KOH活化法，氯化钙活化法，磷酸活化法及脱硅活化法制备生物质活性炭，通过对亚甲基蓝的吸附测定，进一步探究吸附过程中的吸附性能，筛选出最佳“农林废弃物+活化剂”，分析其对有机污染物的吸附可行性。

一、实验部分（1）仪器与试剂。

仪器：KER-F100A型密闭式制样粉碎机，河南兄弟仪器设备有限公司；THZ-C型恒温振荡器，太仓市强文实验设备有限公司；UV-5500型紫外可见光分光光度计，上海元析仪器有限公司；AI-518P(V7.1)程序型智能调节器，厦门宇电自动化科技有限公司。

试剂：亚甲基蓝溶液，20mg/L;氯化锌溶液，60%；盐酸溶液，0.1mol/L;氯化锌溶液，0.5mol/L；氯化铜溶液，0.4mol/L;磷酸溶液，60%；氯化钙溶液，10%；氢氧化钾溶液，10%。

《基于玉米秸秆芯生物炭吸附剂的制备及性能研究》篇一一、引言随着工业化和城市化的快速发展，环境污染问题日益严重，其中水体污染尤为突出。

因此，寻找高效、环保的水处理材料显得尤为重要。

生物炭作为一种新型的吸附材料，因其具有比表面积大、孔隙结构丰富、成本低廉等优点，被广泛应用于水处理领域。

本文以玉米秸秆芯为原料，制备生物炭吸附剂，并对其性能进行研究，旨在为水处理领域提供一种新型、高效的吸附材料。

二、材料与方法1. 材料玉米秸秆芯：本实验所使用的玉米秸秆芯均来自本地农田。

化学试剂：氢氧化钠、盐酸等。

2. 生物炭吸附剂的制备（1）预处理：将玉米秸秆芯进行清洗、干燥、粉碎。

（2）炭化：将粉碎后的玉米秸秆芯在管式炉中进行炭化处理，控制温度和时间。

（3）活化：将炭化后的生物炭进行化学活化处理，以提高其比表面积和孔隙结构。

（4）洗涤与干燥：将活化后的生物炭用稀酸洗涤，以去除杂质，然后进行干燥。

3. 性能测试（1）比表面积和孔隙结构测试：采用BET法测试生物炭的比表面积和孔径分布。

（2）吸附性能测试：选用不同浓度的重金属离子溶液，测试生物炭的吸附性能。

（3）吸附动力学研究：通过不同时间点的吸附实验，研究生物炭的吸附动力学过程。

三、结果与讨论1. 生物炭的表征通过BET法测试，发现所制备的生物炭具有较大的比表面积和丰富的孔隙结构，有利于提高其吸附性能。

此外，通过SEM和TEM等手段对生物炭的微观形貌进行分析，发现其具有典型的层状结构。

2. 吸附性能研究（1）重金属离子吸附：实验结果表明，所制备的生物炭对重金属离子具有良好的吸附性能，能够有效去除水中的重金属离子。

且随着生物炭用量的增加和吸附时间的延长，去除率逐渐提高。

（2）吸附动力学研究：通过不同时间点的吸附实验，发现生物炭的吸附过程符合准二级动力学模型，表明其吸附过程主要为化学吸附。

此外，生物炭的吸附速率受温度、pH值等因素的影响。

（3）再生性能研究：通过多次吸附-解吸实验，发现所制备的生物炭具有良好的再生性能，经过多次循环使用后仍能保持较高的吸附性能。

玉米芯生物质炭制备及其在脱硫脱氮中的应用研究随着人类对环境保护意识的不断提高，越来越多的人开始寻找更加环保的能源和方法来减少对环境的污染。

生物质炭作为一种环保型的新能源，因其低碳排放和可替代性，受到了越来越多人的关注。

本文将对玉米芯生物质炭的制备及其在脱硫脱氮中的应用研究进行介绍。

一、玉米芯生物质炭制备方法生物质炭是指由植物等生物质材料在高温下反应得到的炭。

玉米芯是一种常见的农作物剩余物质，在进行粮食加工以及畜牧业时产生大量玉米芯废弃物。

将这些玉米芯废弃物变废为宝，通过催化炭化的方式生产玉米芯生物质炭，也是一种理想的利用方式。

（1）物料准备首先要对玉米芯进行筛选和清洗，去除膜、杂质等。

然后将玉米芯放入热水中，用高压锅进行蒸煮，以便使玉米芯软化，去除其内部的水分，这样可以有效的提高生物质炭的质量。

（2）催化剂准备玉米芯在高温下炭化时，需要添加催化剂，以提高反应速率和降低反应温度，常用的催化剂数种有复合型和单一型，其中以复合型的催化剂性能更加稳定。

（3）炭化工艺炭化工艺分为干法和湿法两种，干法炭化即是直接加热玉米芯，获得生物质炭，而湿法炭化则是在加热的过程中持续递增水分，使水分进行蒸发，直到炭化完成。

干法炭化法常用于实验室规模的制备，而湿法炭化法更常用于玉米芯在工业中的制造（4）生物质炭的表征在玉米芯经过炭化工艺后制得的生物质炭，其表征参数为碳含量、孔结构、热重和红外光谱等，常通过选用相应仪器中的技术手段来进行测量。

二、玉米芯生物质炭在脱硫脱氮中的应用煤炭等资源的过度开采和利用，带来的是大量的环境问题，其中最重要的是排放的SO2和NOx等污染物。

利用玉米芯生物质炭进行煤炭脱硫脱氮是当前较为热门的研究领域之一，其主要应用场合有燃煤电厂、钢铁企业和有害气体处理等领域。

玉米芯生物质炭作为一种天然、环保的吸附剂，由于其表面积比煤等贵金属化合物复合材料要高，因此在吸附响应方面表现出较优的性能。

在H2S、SO2、NOx和CO等气体污染物的吸附剂中，玉米芯生物质炭表现出良好的去除效果。

《水稻秸秆生物炭对镉的吸附性能研究》一、引言随着工业化和城市化的快速发展，重金属污染问题日益严重，尤其是镉（Cd）污染，已成为环境科学领域关注的焦点。

镉是一种有毒的重金属，其进入人体后不易被排除，能引起肾脏和骨骼等多系统的损伤。

目前，各种修复技术中，吸附法因其操作简便、成本低廉等优点备受关注。

水稻秸秆作为一种农业废弃物，具有来源广泛、成本低廉等优点，经过炭化处理后的生物炭具有良好的吸附性能。

因此，研究水稻秸秆生物炭对镉的吸附性能，对于解决镉污染问题具有重要的现实意义。

二、材料与方法1. 材料（1）水稻秸秆：采集自本地农田，经过清洗、晾干、破碎等预处理。

（2）镉溶液：采用CdCl2·2.5H2O配制不同浓度的镉溶液。

（3）生物炭：将预处理后的水稻秸秆进行炭化处理，制备生物炭。

2. 方法（1）生物炭的制备：将水稻秸秆在管式炉中，以一定温度和时间进行炭化处理，制备生物炭。

（2）吸附实验：在一定温度下，将生物炭与镉溶液混合，充分搅拌后静置，测定上清液中镉的浓度，计算生物炭对镉的吸附量。

（3）数据分析：采用Excel和SPSS软件进行数据整理和分析。

三、结果与分析1. 生物炭的表征通过扫描电子显微镜（SEM）观察生物炭的形貌，发现生物炭表面具有丰富的孔隙结构，有利于吸附重金属离子。

通过X射线衍射（XRD）分析，发现生物炭中含有大量的无定形碳和石墨化碳。

2. 吸附性能研究（1）吸附等温线在不同温度下，测定生物炭对镉的吸附等温线。

结果表明，随着镉浓度的增加，生物炭对镉的吸附量也逐渐增加。

在相同浓度下，温度越高，生物炭对镉的吸附量也越大。

这表明生物炭对镉的吸附过程是吸热反应。

（2）吸附动力学研究在不同时间点测定生物炭对镉的吸附量，绘制吸附动力学曲线。

结果表明，生物炭对镉的吸附过程符合准二级动力学模型，表明化学吸附是速率控制步骤。

（3）影响因素研究pH值、离子强度和共存离子等因素对生物炭吸附镉的影响进行了研究。

黄孢原毛平革菌改性农业废弃物制备溢油吸附剂的特性彭丹;李如艳;苗育【摘要】[目的]构建农业废弃物制备溢油吸附剂的方法.[方法]利用黄孢原毛平革菌(Phanerochaete chrysosporium)改性,将玉米秸秆、玉米芯、木屑作为原材料制备出可生物降解的溢油吸附剂.用XRD和SEM表征,比较改性前后3种材料的结构变化.[结果]温度为37 ℃,最佳培养基为小米和麦麸固体培养基,改性时间为21 d,改性玉米秸秆、玉米芯、木屑吸油量分别为9.03、7.69、6.26 g/g. [结论]该研究可为真菌改性农业废弃物制备吸附剂提供理论依据.%[Objective]The aim was to build a method of preparing oil sorbents from agriculturewastes.[Method]Preparation of biodegradable oil adsorbent was prepared with corn straw, corn cob, scrap as raw material, and modified by Phanerochaete chrysosporium.XRD and SEM were used to characterize the structure changes of the three materials before and after modification.[Result]When the temperature was 37 ℃, the medium was solid medium of millet bran and the time of modification was 21 days, the oil absorption of modified corn straw, corncob and sawdust were 9.03, 7.69 and 6.26 g/g,respectively.[Conclusion]This study provides a theoretical basis for the preparation of adsorbent from fungal modified agricultural wastes.【期刊名称】《安徽农业科学》【年(卷),期】2017(045)020【总页数】5页(P73-76,97)【关键词】农业废弃物;吸油剂;黄孢原毛平革菌;改性;溢油【作者】彭丹;李如艳;苗育【作者单位】深圳信息职业技术学院交通与环境学院,广东深圳 518172;深圳信息职业技术学院交通与环境学院,广东深圳 518172;深圳信息职业技术学院交通与环境学院,广东深圳 518172【正文语种】中文【中图分类】X712石油是人类生产生活的主要能源，在石油的勘探、开采、精炼、运输、储存和使用过程中经常会发生许多石油泄漏事故。

摘要炭吸附材料由于具有较大的比表面积，稳定的物理、化学性质，具有较强的吸附性能，已成为最具代表性的一类空气净化材料。

碳纳米管具有一些独特的性质，如特殊的导电性能、力学性质及物理化学性质等。

因此碳纳米管自出现以来即引起关注并广泛应用于诸多科学领域。

碳纳米管（CNTs）由于具有较大的比表面积，因此具有良好的吸附能力，现在已经被应用于储氢及吸附剂等领域。

本次研究主要是针对CNTs的吸附能力，通过KOH活化的方法进一步增大CNT的比表面积，进行甲基橙吸附实验并探索活化需要的最佳碱炭比，之后通过改变其它因素如震荡时间及CNTs的用量进一步探究CNTs的吸附能力。

关键词：吸附材料；碳纳米管；活化；AbstractCarbon adsorption material has larger specific surface area, stable physical and chemical properties, with strong adsorption properties, has become a kind of the most represe ntative materials of air purificati on. Carbon nano tubes have some unique properties, such as special con ductive properties, mecha ni cal properties and physical and chemical properties. Therefore carb on nano tubes since there has caused concern and that is widely used in many fields of scie nce.As Carbon nano tubes (CNTs) has a larger surface area, it has a good adsorption capacity, has now been applied to the field of hydroge n storage and adsorbe nt.This study focuses on the adsorpti on capacity of CNTs. Usi ng the KOH activati on method in crease the specific surface area of CNTs. For methyl orange adsorpti on experime nts and explore the best alkali activated carb on ratio required. The n cha ng other factors such as the shock time and the amount of CNTs to further explore the adsorpti on capacity of CNTs.Keywords: Adsorptio n material; Carbon nano tubes；Activati on；目录1绪论 (1)1.1课题研究背景 (1)1.2本文研究的内容和意义 (2)1.2.1实验研究的主要内容 (2)1.2 .2研究意义 (2)1.3碳纳米管的结构与特性 (2)1.3.1碳纳米管的结构 (2)1.3.2碳纳米管的吸附特性 (3)1.4碳纳米管的纯化 (4)1.5碳纳米管的活化 (5)2碳纳米管的KOH活化实验 (7)2.1活化实验方案设计 (7)2.2仪器与试剂 (7)2.3实验内容及过程 (7)2.4实验误差分析 (8)3碳纳米管吸附甲基橙实验 (10)3.1甲基橙吸附实验目的 (10)3.2仪器与试剂 (10)3.3实验内容及过程 (10)3.4数据分析及实验结论 (11)4其它因素对甲基橙吸附的影响 (15)4.1震荡时间对吸附效果的影响 (15)4.2碳纳米管用量对吸附效果的影响 (17)5结论 (19)致谢 (21)参考文献 (22)1绪论1.1课题研究背景随着室内装修的不断升温，各种建筑材料的广泛应用，由此引发的室内空气污染越来越受到人们的关注，其中主要的污染物为来源于油漆、胶合板、刨花板、内墙涂料、塑料贴面等材料中的甲醛、苯、VOC(Volatile Orga nic Compou nds)等挥发性有机物。

玉米秸秆炭化焦油的化学组成及其燃料特性分析宋菲菲;吴诗勇;吴幼青;高晋生【摘要】The tar from the carbonization of cornstalk was cut into four distillations with the temperature ranges of below 40℃ , 40—130℃ , 130 —140℃ and 140—170℃ , respectively, by reduced pressure distillation, and the chemical compositions and fuel characteristics of the tar and its distillations were mainly investigated. The molar fractions of phenols in each distillation were all in the range of 9. 19% — 63. 46%. The molar fractions of ketone and pyridine were 29. 84% and 31. 63%, respectively, in the underlayer of the distillation below 40℃, and the molar fractions of alkenes and alkanes in the distillation of 140—170℃ were 19. 88% and 19. 22%, respectively. The distillation of 40—130℃ with the yield up to19.98%, showed the fuel characteristics relatively close to 0# diesel, which were the density of 940 kg/m3, the viscosity of 6. 24 mm2/s, the flash point of 78℃ and the heating value of 35. 28 MJ/kg, meaning that it could be used as a promising liquid fuel.%以玉米秸秆炭化焦油为原料,通过减压蒸馏将其切割成低于40℃、40～130℃、130～140℃和140～170℃4个馏分,并对各馏分的化学组成和燃料特性进行了分析.结果表明,玉米秸秆炭化焦油各馏分中的酚类物质摩尔分数为9.19％～63.46％％,酮类和吡啶类物质在低于40℃馏分的下层液中摩尔分数分别为29.84％和31.63％,直链烯烃和直链烷烃在140～170℃馏分中的摩尔分数分别为19.88％和19.22％ 40～130℃馏分的产率达到19.98％,其燃料性质(密度940 kg/m3、黏度6.24mm2/s、闪点78℃、燃烧热35.28MJ/kg)较接近于0#柴油,具有作为液体燃料的潜力.【期刊名称】《石油学报（石油加工）》【年(卷),期】2012(028)004【总页数】5页(P631-635)【关键词】玉米秸秆炭化焦油;减压蒸馏;化学组成;燃料特性【作者】宋菲菲;吴诗勇;吴幼青;高晋生【作者单位】华东理工大学能源化工系,上海200237;华东理工大学能源化工系,上海200237;华东理工大学能源化工系,上海200237;华东理工大学能源化工系,上海200237【正文语种】中文【中图分类】TQ546生物质是可再生能源，是可实现“二氧化碳”零排放的绿色能源。

《基于玉米秸秆芯生物炭吸附剂的制备及性能研究》篇一一、引言随着工业化和城市化的快速发展，环境污染问题日益严重，其中水体污染尤为突出。

因此，寻找高效、环保的水处理材料和技术成为当前研究的重要课题。

生物炭作为一种新兴的吸附材料，因其具有良好的吸附性能、低成本和可再生等优点，受到广泛关注。

本研究以玉米秸秆芯为原料，制备生物炭吸附剂，并对其性能进行研究，以期为水处理领域提供新的材料和方法。

二、玉米秸秆芯生物炭吸附剂的制备1. 材料与设备本研究所用原料为玉米秸秆芯，主要设备包括粉碎机、炭化炉、研磨机等。

2. 制备过程（1）将玉米秸秆芯进行粉碎、筛选，得到合适粒度的原料。

（2）将筛选后的原料放入炭化炉中，进行炭化处理。

炭化过程中需控制温度、时间和气氛等参数，以获得理想的生物炭。

（3）将炭化后的生物炭进行研磨、筛选，得到粒度均匀的生物炭吸附剂。

三、玉米秸秆芯生物炭吸附剂的性能研究1. 吸附性能测试本研究通过静态吸附实验，测定生物炭吸附剂对水中常见污染物的吸附性能。

实验中选用几种典型污染物，如铅、镉、铬等重金属离子以及有机染料等。

在一定的温度、pH值和接触时间下，测定生物炭吸附剂对污染物的吸附量和去除率。

2. 影响因素分析（1）温度：温度对生物炭吸附剂的吸附性能有一定影响。

本研究通过实验，分析不同温度下生物炭吸附剂的吸附性能变化。

（2）pH值：水体的pH值会影响污染物的存在形态和生物炭表面的电荷性质，从而影响吸附效果。

本研究通过调整水体的pH值，分析其对生物炭吸附剂吸附性能的影响。

（3）接触时间：接触时间是影响吸附效果的重要因素。

本研究通过实验，分析不同接触时间下生物炭吸附剂的吸附性能变化。

3. 再生性能研究生物炭吸附剂具有可再生性，可通过一定方法进行再生，以实现循环利用。

本研究通过实验，探究生物炭吸附剂的再生方法及再生后的吸附性能，为其在实际应用中的可持续发展提供依据。

四、结果与讨论1. 制备得到的玉米秸秆芯生物炭吸附剂具有良好的吸附性能，对水中常见污染物的去除率较高。

《基于玉米秸秆芯生物炭吸附剂的制备及性能研究》篇一一、引言随着工业化和城市化的快速发展，环境污染问题日益严重，其中水体污染尤为突出。

因此，寻找高效、环保的水处理技术成为当前研究的热点。

生物炭吸附剂作为一种新型的环保材料，具有来源广泛、制备简单、吸附性能优良等优点，受到了广泛关注。

本文以玉米秸秆芯为原料，研究其生物炭吸附剂的制备方法及性能，为生物炭吸附剂在水处理领域的应用提供理论依据和实践指导。

二、材料与方法1. 材料本实验以玉米秸秆芯为原料，经过粉碎、烘干等预处理后，进行生物炭的制备。

2. 方法（1）生物炭的制备：将预处理后的玉米秸秆芯放入管式炉中，在无氧条件下进行热解，制备生物炭。

（2）生物炭吸附剂的改性：通过化学方法对生物炭进行改性，提高其吸附性能。

（3）性能测试：采用批量平衡法测定生物炭吸附剂对水中污染物的吸附性能，包括吸附容量、吸附速率等指标。

三、实验结果与分析1. 生物炭的制备及表征通过热解玉米秸秆芯，成功制备出生物炭。

扫描电镜（SEM）结果显示，生物炭表面具有丰富的孔隙结构，有利于提高其吸附性能。

X射线衍射（XRD）分析表明，生物炭具有较高的结晶度。

2. 生物炭吸附剂的改性及表征通过化学方法对生物炭进行改性，引入功能性基团，提高其吸附性能。

改性后的生物炭吸附剂表面官能团增多，增强了与污染物分子的相互作用力，从而提高吸附性能。

3. 生物炭吸附剂的性能测试（1）吸附容量：改性后的生物炭吸附剂对水中多种污染物（如重金属离子、有机染料等）具有较高的吸附容量。

实验结果表明，生物炭吸附剂对重金属离子的最大吸附量达到XXmg/g，对有机染料的最大吸附量达到XX%。

（2）吸附速率：改性后的生物炭吸附剂具有较快的吸附速率。

在一定的时间内，生物炭吸附剂能够快速达到吸附平衡，提高水处理效率。

（3）再生性能：生物炭吸附剂具有良好的再生性能。

经过多次再生利用后，其吸附性能仍能保持稳定，降低处理成本。

四、讨论与结论本研究以玉米秸秆芯为原料，成功制备出具有较高吸附性能的生物炭吸附剂。

碳基功能材料的制备与应用研究随着科技的不断发展和人们对环境问题的关注加深，碳基功能材料逐渐受到人们的重视。

碳基功能材料是指以碳元素为主要构成的材料，具有特殊的化学、物理和电子性质，能够广泛应用于能源储存、环境治理、电子器件等领域。

本文将详细介绍碳基功能材料的制备方法和其在不同领域中的应用。

一、碳基功能材料的制备方法1. 碳纳米管的制备碳纳米管是一种由碳原子形成的中空纳米管状结构，具有优异的电子导电性和力学性能。

常见的碳纳米管制备方法包括化学气相沉积法、电弧放电法和激光烧蚀法等。

其中，化学气相沉积法是一种常用且较为成熟的方法，通过在金属催化剂上加热碳源，在适当的工艺条件下生成碳纳米管。

2. 石墨烯的制备石墨烯是一层由碳原子按照六角网格结构排列形成的二维材料，具有高导电性、高热导性和优异的力学性能。

常见的石墨烯制备方法有机械剥离法、化学气相沉积法和还原氧化石墨烯等。

其中，机械剥离法是一种简单有效的制备方法，通过使用胶带或刮刀等工具对石墨进行剥离得到石墨烯。

3. 碳纳米带的制备碳纳米带是一种由碳原子排列形成的纳米细长带状结构，具有较高的导电性和一维的准束缚能级结构。

常见的碳纳米带制备方法有模板法、柔性剥离法和电子束曝光法等。

其中，模板法是一种常用的制备方法，通过在模板上沉积碳源，再进行相应的处理得到碳纳米带。

二、碳基功能材料的应用研究1. 能源储存领域碳基功能材料在能源储存领域有着广泛的应用，可用于锂离子电池、超级电容器和燃料电池等设备。

例如，石墨烯作为电极材料的锂离子电池具有高容量、长循环寿命和优良的电化学性能。

碳纳米管作为超级电容器的电极材料具有大比表面积和优异的电子传导性能，可以实现高能量密度和快速充放电。

2. 环境治理领域碳基功能材料在环境治理领域有着重要的应用，可用于水处理、空气净化和污染物吸附等方面。

例如，石墨烯在水处理中可以作为吸附剂去除重金属离子和有机污染物。

碳纳米管通过其独特的孔隙结构和大比表面积，在气体吸附和分离方面具有很大潜力。

玉米秸秆和玉米芯生物炭对水溶液中无机氮的吸附性能武丽君;王朝旭;张峰;崔建国【摘要】为探明玉米秸秆和玉米芯生物炭对水溶液中无机氮的吸附性能,研究了其对NH4+-N、NO3--N和NO2--N的吸附动力学过程；并用等温吸附模型对NH4+-N和NO3--N的吸附过程进行拟合,探讨制得生物炭对无机氮的吸附机理.结果表明,400℃和600℃制得玉米秸秆和玉米芯生物炭均呈碱性,表现为400℃<600℃；同种原材料,与400℃制得生物炭相比,600℃制得生物炭碱性含氧官能团数量较多,而酸性含氧官能团数量较少.400℃制得生物炭对NH4+-N的吸附能力较强(玉米秸秆和玉米芯生物炭的平衡吸附量分别为4.22和4.09mg/g)；而600℃制得生物炭对NO3--N和NO2--N的吸附能力较强(玉米秸秆和玉米芯生物炭对NO3--N的平衡吸附量分别为0.73和0.63mg/g；对NO2--N的平衡吸附量分别为0.55和0.35mg/g).与 NO3--N 和 NO2--N 相比,玉米秸秆和玉米芯生物炭对 NH4+-N 的吸附能力更强,4种生物炭对NH4+-N 的平衡吸附量是 NO3--N/NO2--N 的4.29~20.2倍.等温吸附模型拟合研究表明,玉米秸秆和玉米芯生物炭对水溶液中 NH4+-N 和NO3--N的吸附过程均可用Freundlich模型描述,其在生物炭表面的吸附是多分子层吸附.%In order to explore the adsorption characters of inorganic nitrogen in aqueous solution by maize straw- and corn cob-derived biochars, the adsorption kinetics of NH4+-N, NO3--N and NO2--N were studied. The adsorption processes of NH4+-N andNO3--N were fitted by Langmuir and Freundlich isothermal adsorption models, and the adsorption mechanisms were also elucidated. The results showed that the maize straw- and corn cob-derived biochars produced at 400℃ and 600℃ were both alkaline (400℃<600℃).As for the same rawmaterial, the biochar produced at 600℃ showed relatively higher alkaline oxygen-containing functional group content and lower acidic oxygen-containing functional group content compared with the biochar produced at 400℃. The biochars produced at 400℃ had a stronger adsorption capacity to NH4+-N (the equilibrium adsorption amounts of maize straw- and corn cob-derived biochars were 4.22 and 4.09mg/g, respectively). However, the biochars produced at 600℃ had a stro nger adsorption capacity to NO3--N and NO2--N (for NO3--N: the equilibrium adsorption amounts of maize straw- and corn cob-derived biochars were 0.73 and 0.63mg/g, respectively; for NO2--N: 0.55and 0.35mg/g, respectively). Compared to NO3--N and NO2--N, all the four kinds of biochar showed stronger adsorption capacity to NH4+-N, and the equilibrium adsorption amounts of NH4+-N were 4.29~20.2 times more than NO3--N/NO2--N. The isothermal adsorption model study showed that the adsorption of NH4+-N and NO3--N in aqueous solution by maize straw- and corn cob-derived biochars could be described by Freundlich model, and the multi-layer adsorption was the major adsorption mechanism.【期刊名称】《中国环境科学》【年(卷),期】2016(000)001【总页数】8页(P74-81)【关键词】生物炭;无机氮;吸附性能;含氧官能团【作者】武丽君;王朝旭;张峰;崔建国【作者单位】太原理工大学环境科学与工程学院，山西太原 030024;太原理工大学环境科学与工程学院，山西太原030024; 山西省市政工程研究生教育创新中心，山西太原 030024;太原理工大学环境科学与工程学院，山西太原 030024; 山西省市政工程研究生教育创新中心，山西太原 030024;太原理工大学环境科学与工程学院，山西太原 030024; 山西省市政工程研究生教育创新中心，山西太原030024【正文语种】中文【中图分类】X53∗责任作者, 讲师,*****************农田土壤大量施用氮肥造成了一系列环境问题,氮素淋失不但导致其利用率降低,而且使地下水污染,地表水体富营养化[1-2].因此,寻求减少土壤氮素流失的方法,治理氮污染问题迫在眉睫.近年来,生物炭因其良好的环境效应已成为农业和环境科学领域的研究热点.生物炭是以废弃生物质为原料,在限氧或无氧、高温条件下形成的富碳物质.以玉米秸秆和玉米芯为原料制备生物炭,不但可以变废为宝,而且有利于环境保护[3].玉米秸秆和玉米芯生物炭的农田施用有望缓解土壤氮素流失,提高土壤营养元素水平和生产能力.制备生物炭的原材料、工艺不同,生物炭的理化特性也不尽相同.张千丰等[4]通过3种作物残体(玉米芯、大豆秸秆和水稻颖壳)制备生物炭的研究发现,随热解温度的升高,生物炭的pH值随之升高.李飞跃等[5]在利用稻壳生物炭(热解温度为350和500℃)对水中NH4+-N吸附的研究表明,不同温度制得生物炭都呈碱性,且高温制得生物炭的碱性更强(pH值达9.49).另外,不同热解温度对生物炭表面的含氧官能团含量影响较大.赵牧秋等[6]采用椰糠、木薯秸秆、桉树枝和猪粪4种原材料,分别在300、400、500和600℃条件下制备生物炭,研究表明不同温度制得生物炭的碱性含氧官能团含量随热解温度升高呈增加趋势.郝蓉等[7]在不同热解温度(200～800℃)对水稻秸秆生物炭表面含氧官能团的影响研究中发现,酸性和碱性含氧官能团含量均随热解温度的升高先增加后减少,高温和低温均不利于生物炭含氧官能团的形成.这些差异可能与制炭材料和制炭温度的不同有关.然而,目前为止,生物炭pH 值和酸碱性含氧官能团含量的差异对无机氮吸附性能影响的研究不多[8-9],相关机理解释亦缺乏.因此,本研究选取来源广泛的玉米秸秆和玉米芯作为制备生物炭的原材料,探讨不同制炭温度所得生物炭的特性差异,及其对NH4+-N、NO3--N和NO2--N的吸附动力学特征;并用Langmuir和Freundlich等温吸附模型进行拟合,以阐明玉米秸秆和玉米芯生物炭对NH4+-N和NO3--N的吸附机理.以期为为玉米秸秆和玉米芯生物炭的农田施用提供理论基础.1.1 生物炭的制备及基本特性采用农业废弃生物质玉米秸秆和玉米芯作为原材料制备生物炭.玉米秸秆和玉米芯取自山西省太原市小店区农田,将杂质去除,80℃烘干, 过2mm筛备用.将生物质材料放入管式电阻炉(SKG10123K,天津中环电炉)中,用橡胶塞塞紧两端.升温前预先通入高纯氮气20min(流速150mL/ min),以形成无氧环境;然后以20℃/min的升温速率升温至400℃或600℃,恒温4h;待温度降至室温后取出,研磨,过0.15mm 筛,制成粉末状生物炭备用.400℃和600℃制得玉米秸秆和玉米芯生物炭,分别记为MS400、MS600、CC400和CC600(MS代表玉米秸秆,CC代表玉米芯,400和600代表制炭温度).生物炭表面酸(碱)性含氧官能团数量的测定采用Boehm滴定法[10].称取1.0g样品,加入50mL 0.05mol/L NaOH(HCl)溶液,密闭振荡反应24h;然后取上清液10mL,用0.05mol/L HCl(NaOH)溶液滴定,确定其消耗量,进而计算出生物炭表面酸(碱)性含氧官能团的数量.生物炭表面的电荷分布通过测试等电点(pHpzc)间接表征[11].生物炭的比表面积、总孔容和平均孔径采用N2吸附BET法测定(3H-2000PS2型,贝士德仪器).生物炭的pH值采用pH计测定(炭水比1:10).1.2 吸附动力学研究为探明不同原材料和不同制炭温度所得生物炭对无机氮的吸附性能,分别开展了生物炭对水溶液中铵态氮、硝态氮和亚硝态氮的吸附动力学实验.称取1.0g生物炭于250mL具塞锥形瓶中,加入100mL NH4Cl、NaNO3或NaNO2溶液(100mg/L),在恒温[(25±0.5)℃]条件下振荡(180r/min);分别于0、1、5、20、40、60、90、150和240min采集3mL混匀悬浮液,并在浓度计算中考虑体积变化;过滤后(0.45µm滤膜),采用比色法测定其中NH4+-N、NO3--N和NO2--N的含量[12].式中:qt为t时刻生物炭的吸附量,mg/g;v为混合液体积,L;c0和ct分别为初始和t 时刻混合液中吸附质的浓度,mg/L;m为生物炭投加量,g.1.3 吸附等温线测定采用批量吸附实验测定所制备生物炭对铵态氮和硝态氮的吸附等温线.吸附实验在水平振荡条件下进行.首先向7个50mL锥形瓶中均加入0.25g生物炭;然后依次分别加入25mL浓度为100、150、200、250、300、350和400mg/L的NH4Cl 或NaNO3溶液,恒温[(25±0.5)℃]振荡(180r/min)4.0h后;在悬浮液混匀状态下取样10mL,经0.45µm滤膜过滤后,采用比色法测定其中NH4+-N和NO3--N的含量[12].用Langmuir和Freundlich等温吸附方程对实验数据进行拟合,Langmuir和Freundlich方程常用来描述离子在吸附质上的吸附作用,其吸附方程分别为:式中:ce为吸附平衡时混合液中吸附质的浓度, mg/L;qe为吸附平衡时生物炭的吸附量,mg/g; qmax为生物炭的最大吸附量,mg/g;b为表征吸附剂与吸附质间亲和力的参数,L/mg,b值越大,吸附亲和力越大.式中:ce为吸附平衡时混合液中吸附质的浓度, mg/L;qe为吸附平衡时生物炭的吸附量,mg/g;Kf为Freundlich吸附常数,mg1-1/n·L1/n/g;1/n为Freundlich指数.1.4 数据分析所有实验3次重复,利用Excel 2010对实验数据进行统计分析,并计算其标准偏差;利用Origin 8.0制图.2.1 不同温度条件下玉米秸秆和玉米芯生物炭的基本特性不同温度条件下玉米秸秆和玉米芯生物炭均呈碱性(pH 9.47～10.32);对同种材料而言, 600℃制得生物炭的pH值大于400℃制得生物炭.等电点(pHpzc)也有相同趋势,且pHpzc>pH.同种材料制得生物炭,低温利于酸性含氧官能团的形成,400℃制得玉米秸秆生物炭(MS400)相比600℃制得玉米秸秆生物炭(MS600)增加了0.25mmol/g;400℃制得玉米芯生物炭(CC400)相比600℃制得玉米芯生物炭(CC600)增加了0.13mmol/g.然而,高温则利于碱性含氧官能团的形成,MS600相比MS400增加了0.13mmol/g, CC600相比CC400增加了0.10mmol/g.不同温度制备生物炭的比表面积、总孔容和平均孔径存在差异,其中CC400的比表面积最大(0.65m2/g), 400℃制得生物炭的总孔容大于600℃制得生物炭(表1).同种原料制备的生物炭,热解温度越高,其pH值越高.这主要是由于生物炭中C、O和H等元素在高温时损失较多,而其中的Ca、Mg、K、Na和Si等无机元素经烧结、融合后形成无机矿物,使得生物炭的灰分含量相应增加[14-15],这些灰分物质的形成是生物炭pH值增加的主要原因.一般来说,随着热解温度的升高,酸性含氧官能团含量逐渐降低,而碱性含氧官能团含量则升高.Singh等[16]发现热解温度从400℃升高到550℃时,生物炭酸性含氧官能团含量明显降低(从5.71降至1.58mmol/g).Chun等[17]在以小麦秸秆制备的生物炭的研究中也发现上述相同结论.生物质热解过程中形成的一些酸性物质会部分残留在生物炭中,但随着热解温度的升高,这些物质会逐渐挥发,因而高温制备的生物炭中酸性物质的含量较少,酸性含氧官能团含量较低,而碱性含氧官能团含量则较高[18].研究表明,随着热解温度的升高,材料的裂解程度增加[19],生物炭孔隙结构逐渐发育,比表面积逐渐增大;同时,当热解温度过高时,挥发分气泡演变可导致炭材料结构变化,并使微孔数量减少及大孔数量增加而导致生物炭比表面积减小[20].2.2 不同温度条件下玉米秸秆和玉米芯生物炭对无机氮的吸附动力学2.2.1 生物炭对铵态氮的吸附动力学不同温度条件下玉米秸秆和玉米芯生物炭对水溶液中NH4+-N的吸附,在前30min吸附量急剧增加,之后呈现缓慢增加趋势,在约150min达到吸附平衡.同种原材料,低温(400℃)制得生物炭显著利于NH4+-N的吸附.MS400的平衡吸附量(4.22mg/g) 是MS600的1.31倍,而CC400的平衡吸附量(4.09mg/g)是CC600的1.50倍.另一方面,同一温度不同原材料制得生物炭的NH4+-N吸附性能没有显著差异.MS400和CC400的平衡吸附量分别为4.22mg/g和4.09mg/g,而MS600和CC600的平衡吸附量分别为3.21mg/g和2.72mg/g.综上,不同热解温度所得玉米秸秆和玉米芯生物炭对水溶液中NH4+-N 的吸附性能研究表明,MS400 对NH4+-N的吸附性能最好(图1).研究表明,随热解终温的增加,以橡木为原料制备的生物炭对NH4+-N的吸附量(热解终温为300、400、500和600℃时,吸附量分别为3.12、2.33、1.38和0.15mg/g)随之降低[21].另外,李扬等[22]在芦苇生物炭对底泥氮素释放影响的研究中发现,随着热解温度的升高,生物炭对NH4+-N的吸附能力逐渐减弱(从0.79mg/g降为0.31mg/g).张继义等[23]针对小麦秸秆生物炭对水中NH4+-N吸附性能的研究表明,300℃条件下制得生物炭对溶液中NH4+-N的去除率最大(达到71%),在400、500和600℃条件下,随着炭化温度的升高,所得生物炭对NH4+-N 的去除率依次降低.究其原因,主要由于随着热解温度的升高,生物炭的酸性含氧官能团数量减少,对NH4+-N的吸附能力减弱.本研究表明,同种原材料,低温制得生物炭的NH4+-N平衡吸附量较高与其酸性含氧官能团含量较高有关(表1),生物炭表面的酸性含氧官能团可通过阳离子交换作用吸附固定NH4+-N[24].2.2.2 生物炭对硝态氮和亚硝态氮的吸附动力学不同温度条件下玉米秸秆和玉米芯生物炭对NO3--N的吸附作用在前50min比较明显,吸附速率较快,在90min基本达到吸附平衡.高温制得生物炭对NO3--N的吸附能力较强:MS600对NO3--N的平衡吸附量(0.73mg/g)是MS400的1.43倍,CC600对NO3--N的平衡吸附量(0.63mg/ g)是CC400的1.58倍(图2).生物炭对NO2--N的吸附在前90min急剧增加,之后趋于平缓,在150min达到吸附平衡.与NO3--N类似,高温制得生物炭对NO2--N的吸附能力亦较强:MS600对NO2--N的平衡吸附量(0.55mg/g)是MS400的1.71倍,CC600对NO2--N的平衡吸附量(0.35mg/g)是CC400的1.74倍(图3).4种生物炭对NO2--N的平衡吸附量均比NO3--N小, MS600、MS400、CC600和CC400对NO2--N的平衡吸附量分别比对NO3--N的平衡吸附量减少了0.18、0.19、0.28和0.20mg/g.研究表明,生物炭对NO3--N的吸附性能与其表面碱性含氧官能团数量密切相关.Kameyama等[25]在研究甘蔗渣生物炭对土壤NO3--N淋溶的影响中发现,800℃制得生物炭对NO3--N的吸附能力最好(平衡吸附量0.62mg/g),同时此温度下生物炭形成大量的碱性含氧官能团.王章鸿等[21]研究发现,当热解终温由300℃升至600℃时,橡木生物炭的碱性含氧官能团数量相应增多;同时,随热解终温的升高,生物炭对NO3--N的吸附量呈指数增加(吸附量由0.29增至2.8mg/g).制炭温度越高,生物炭酸性含氧官能团数量越少,而碱性含氧官能团数量则越多,比表面积、表面金属氧化物也随之增多,因此高温制得生物炭对NO3--N和NO2--N的吸附性能优于低温制得生物炭[25].本研究也表明,同种原材料,高温制得生物炭的NO3--N/NO2--N平衡吸附量较高与其碱性含氧官能团含量较高有关(表1).不同温度条件下玉米秸秆和玉米芯生物炭对水溶液中无机氮的吸附实验结果表明,同一生物炭对NH4+-N的平衡吸附量高于NO3--N和NO2--N.MS600、MS400、CC600和CC400 4种生物炭对NH4+-N的平衡吸附量分别是对NO3--N平衡吸附量的4.38、8.24、4.29和10.2 倍,是对NO2--N平衡吸附量的5.81、13.0、7.69 和20.2倍.pHpzc为生物炭表面电荷为零时溶液对应的pH值,而本研究中4种生物炭的pH值均小于其pHpzc值(表1),因此水溶液中生物炭的表面均带正电荷,并与溶液中的NH4+进行交换吸附[26].因此,本研究中4种生物炭对NH4+-N的平衡吸附量均远大于NO3--N和NO2--N.2.3 不同温度条件下玉米秸秆和玉米芯生物炭对铵态氮和硝态氮的吸附等温线2.3.1 不同温度条件下玉米秸秆和玉米芯生物炭对铵态氮的吸附等温线不同温度条件下所得玉米秸秆和玉米芯生物炭对NH4+-N的吸附等温线用Langmuir和Freundlich方程进行拟合(图4、图5).结果表明,随着NH4+-N初始浓度的增加,生物炭对NH4+-N的平衡吸附量也逐渐增大.Langmuir模型中最大吸附量qmax的拟合结果表明,生物炭MS400对NH4+-N的最大吸附量最高(12.2mg/g).Langmuir模型中b为表征吸附剂与吸附质间亲和力的参数,且b值越大,吸附亲和力越大[27].本研究中b值的拟合结果为:MS400>MS600,CC400>CC600.因此,Langmuir模型拟合分析表明,低温制得生物炭(MS400和CC400)对NH4+-N的吸附能力更强(表2).Freundlich模型中吸附常数Kf反映吸附剂吸附能力的强弱,Freundlich指数1/n反映吸附剂吸附位点能量分布的特征.Kf值越大,表明吸附能力越强;1/n值越小,表明吸附强度越大,尤其当0.1<1/n<1时,表明其易于吸附[28-30].拟合结果表明,400℃制得生物炭的Kf值(MS和CC分别为0.66和0.70)大于600℃制得生物炭(MS和CC分别为0.36和0.33);400℃制得生物炭的1/n值(MS 和CC分别为0.45和0.43)小于600℃制得生物炭(MS和CC分别为0.52和0.49).因此,Freundlich模型拟合分析也表明,与高温(600℃)制得生物炭相比,低温(400℃)制得生物炭更有利于NH4+-N的吸附(表2).Langmuir模型假定吸附剂表面由大量吸附活性中心组成,当表面吸附活性中心全部被占满时,吸附量达到饱和值,吸附质在吸附剂表面呈单分子层分布.而Freundlich 模型描述的是多分子层吸附,在吸附质浓度较高时吸附量会持续增加[31].Langmuir 与Freundlich方程都能描述生物炭对NH4+-N的等温吸附过程,两种模型的拟合相关系数(R2)均大于0.94,但Freundlich模型对数据的拟合程度略高,其相关系数(R2)大于0.98.因此,不同温度所得玉米秸秆和玉米芯生物炭对NH4+-N的吸附更符合Freundlich模型,NH4+-N在生物炭表面的吸附是多分子层吸附过程.2.3.2 不同温度条件下玉米秸秆和玉米芯生物炭对硝态氮的吸附等温线不同温度条件下玉米秸秆和玉米芯生物炭对NO3--N的Langmuir 和Freundlich等温吸附拟合曲线如图6、图7所示.Langmuir模型中b值越大,表明吸附亲和力越大[27].600℃制得生物炭的b值(MS和CC分别为2.18和3.72)明显大于400℃制得生物炭(MS和CC分别为1.68和3.40).另一方面,Freundlich模型中Kf值越大,1/n值越小,表明吸附能力越强[28-30].对Kf值而言,MS600>MS400,CC600> CC400;对1/n值而言,MS600<MS400,CC600< CC400.因此,Langmuir和Freundlich模型拟合分析均表明,高温制得生物炭(MS600和CC600)对NO3--N 的吸附能力较强(表3).Langmuir与Freundlich方程都能描述生物炭对NO3--N的等温吸附过程,不同生物炭Langmuir模型的拟合相关系数(R2)均低于Freundlich模型(R2大于0.97).因此,不同温度所得玉米秸秆和玉米芯生物炭对NO3--N的吸附更符合Freundlich 模型,NO3--N在生物炭表面的吸附也是多分子层吸附过程.同种生物炭对NH4+-N 和NO3--N的Freundlich等温吸附模型拟合参数Kf和1/n值的大小亦表明,不同温度所得玉米秸秆和玉米芯生物炭对NH4+-N的吸附能力优于NO3--N.3.1 同种原材料(玉米秸秆或玉米芯),与400℃制得生物炭相比,600℃制得生物炭的pH值较高,碱性含氧官能团数量较多,而酸性含氧官能团数量较少.3.2 生物玉米秸秆和玉米芯生物炭对NH4+-N的吸附效果表现为400℃>600℃;对NO3--N和NO2--N的吸附效果表现为600℃>400℃.3.3 4种生物炭对NH4+-N的平衡吸附量均显著大于NO3--N和NO2--N.3.4 4种生物炭对水溶液中NH4+-N和NO3--N的吸附过程可以用Freundlich 模型描述,其在生物炭表面的吸附是多分子层吸附.【相关文献】[1] 高德才,张蕾,刘强,等.旱地土壤施用生物炭减少土壤氮损失及提高氮素利用率 [J].农业工程学报, 2014,30(6):54-61.[2] 刘汝亮.宁夏引黄灌区稻田氮素淋失特征与过程控制研究 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《基于玉米秸秆芯生物炭吸附剂的制备及性能研究》篇一一、引言随着工业化和城市化的快速发展，环境污染问题日益严重，其中水体污染尤为突出。

因此，寻找高效、环保的水处理材料显得尤为重要。

生物炭作为一种新型的吸附材料，因其具有多孔结构、比表面积大、成本低等优点，近年来受到了广泛关注。

本研究以玉米秸秆芯为原料，制备生物炭吸附剂，并对其性能进行研究。

二、材料与方法1. 材料本研究所用原料为玉米秸秆芯。

在收集到的秸秆芯中，去除杂质后进行干燥处理。

2. 生物炭吸附剂的制备（1）将干燥后的玉米秸秆芯粉碎，过筛得到合适粒径的粉末；（2）将粉末置于管式炉中，在氮气保护下进行热解，得到生物炭；（3）对生物炭进行活化处理，提高其比表面积和吸附性能。

3. 性能测试采用批处理法对制备的生物炭吸附剂进行性能测试，包括对其吸附容量、吸附速率、重复利用性等方面的研究。

三、结果与分析1. 生物炭的制备及表征通过扫描电子显微镜（SEM）观察生物炭的形貌，发现其具有多孔结构，比表面积大。

通过X射线衍射（XRD）和傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析，证明生物炭中含有丰富的含氧官能团，有利于提高其吸附性能。

2. 吸附性能研究（1）吸附容量实验结果表明，制备的生物炭吸附剂对水中的有机污染物具有良好的吸附效果。

在相同条件下，生物炭的吸附容量高于其他常见吸附剂。

（2）吸附速率生物炭的吸附速率较快，能在较短的时间内达到吸附平衡。

这得益于其多孔结构和较大的比表面积。

（3）重复利用性经过多次吸附-解吸循环后，生物炭的吸附性能仍能保持较高水平。

这表明生物炭具有良好的重复利用性。

四、讨论本研究以玉米秸秆芯为原料制备生物炭吸附剂，通过对其性能的研究发现，该生物炭具有良好的吸附容量、较快的吸附速率和较高的重复利用性。

这得益于其多孔结构、较大的比表面积以及丰富的含氧官能团。

此外，玉米秸秆芯作为一种农业废弃物，利用其制备生物炭吸附剂不仅实现了废物的资源化利用，还为水处理领域提供了一种高效、环保的吸附材料。

基于玉米秸秆制备多孔炭和复合碳纳米纤维的工艺及性能研究基于玉米秸秆制备多孔炭和复合碳纳米纤维的工艺及性能研究摘要：随着全球能源危机的日益加剧和环境保护意识的提高，寻找可再生能源和环境友好材料一直是研究的热点。

本研究以常见的农作物废弃物玉米秸秆为原料，制备多孔炭和复合碳纳米纤维，并对其材料的制备工艺和性能进行了深入研究。

关键词：玉米秸秆、多孔炭、复合碳纳米纤维、制备工艺、性能研究1. 引言废弃农作物秸秆作为廉价的生物质资源，具有丰富、可再生等特点。

利用废弃农作物秸秆制备高性能材料，不仅能够有效解决农作物秸秆处理问题，还能够开发新的环境友好材料。

本研究以玉米秸秆为原料，通过炭化和活化制备多孔炭，并与纳米碳纤维混合制备复合材料，研究了制备工艺和材料性能。

2. 实验部分2.1 原料准备取新鲜玉米秸秆，并进行干燥和研磨处理，得到粒度均匀的玉米秸秆粉末。

2.2 制备多孔炭将玉米秸秆粉末置于石英坩埚中，通过高温炭化工艺进行炭化处理，得到初步的多孔炭。

然后，将多孔炭与活化剂混合，在一定温度下进行活化处理，得到具有更多孔隙结构的多孔炭。

2.3 制备复合碳纳米纤维将纳米碳纤维与多孔炭按一定比例混合，并通过热压工艺将两者结合在一起，形成复合碳纳米纤维材料。

3. 结果与讨论3.1 多孔炭性能分析采用扫描电子显微镜对多孔炭进行形貌观察，结果显示多孔炭具有丰富的孔隙和连续的多孔结构。

通过比表面积测试和孔径分布分析，发现多孔炭具有较大的比表面积和适宜的孔径分布，表明多孔炭具有良好的吸附性能和传质性能。

3.2 复合碳纳米纤维性能分析通过红外光谱和拉曼光谱分析，验证了复合材料中纳米碳纤维和多孔炭的存在。

同时，通过力学性能测试，得出复合碳纳米纤维具有较高的强度和韧性，表明复合材料具有良好的力学性能。

4. 结论本研究以玉米秸秆为原料，制备多孔炭和复合碳纳米纤维材料。

多孔炭具有较大的比表面积和适宜的孔径分布，表现出良好的吸附性能。

复合碳纳米纤维具有较高的强度和韧性，具备良好的力学性能。

第52卷第12期 辽 宁 化 工 Vol.52，No.12 2023年12月 Liaoning Chemical Industry December，2023基金项目：宁夏回族自治区重点研发计划（一般项目）（2020BEG03013）；宁夏自然科学基金（2022AAC03340）；宁夏自然科学基金（2022AAC03343）。

收稿日期：2023-10-10高锰酸钾改性秸秆生物质炭及对氨氮的吸附研究李佳利，解鹤，晁婧，马有良（宁夏理工学院 理学与化学工程学院，宁夏 石嘴山 753000）摘 要：研究中改性生物质炭分别以玉米秸秆和玉米秸秆叶片为原料，高锰酸钾为改性剂，在600 ℃氮气氛中煅烧制成两种生物质炭复合材料，分别为Mn-BC-1，Mn-BC-2。

采用扫描电子显微镜、傅里叶变换红外光谱等测试手段对两种改性生物质炭的结构和性能进行了表征，并对氨氮进行动力学和等温吸附模型拟合。

结果表明：Mn-BC-1形貌以长孔道结构为主，Mn-BC-2形貌主要呈现平面蜂窝状结构；两种改性生物质炭表面含有缔合-OH 基团，且Mn-BC-2比Mn-BC-1表面-OH 和-COOH 基团多；Mn-BC-1和Mn-BC-2对氨氮平衡吸附量分别为14.12 mg·g -1和36.68 mg·g -1，且在吸附时间为 30 min 和50 min 时达到吸附平衡，均符合准二级动力学模型和Langmuir 等温吸附模型。

关 键 词：高锰酸钾；改性；秸秆生物质炭；氨氮；吸附中图分类号：O69; X524 文献标识码： A 文章编号： 1004-0935（2023）12-1731-05目前处理水体中的氨氮方法有很多，比如生物法、化学沉淀法、吸附法等。

与其他方法相比吸附法具有操作简单，不会带来二次污染等优点而被广泛研究[1]。

生物质资源具有来源广泛、价格低廉、可再生等优势，但大部分的生物质资源只是被简单的掩埋或焚烧，未能实现废弃生物质的有效资源化利用[2]。