花生壳生物炭的制备、表征及其对邻苯二甲酸二甲酯的吸附特性

研究以典型农业废弃物花生壳为原材料,采用限氧升温法在200,450℃下分别热解2,6 h制备4种生物炭,基于对4种生物炭元素组成和表面性质进行分析的基础上,比较不同制备条件下生物炭对邻苯二甲酸二甲酯(DMP)的吸附性能差异。结果表明,4种花生壳生物炭的元素含量大小为C>O>H>N,随着热解温度的升高,生物炭中碳元素含量显著增高,氢、氧、氮3种元素的含量明显下降,生物炭的芳香性增强且极性减弱,而热解时间对元素含量的影响较小。花生壳生物炭的比表面积、微孔面积和微孔孔容均随热解温度的升高而增加。4种花生壳生物炭对DMP的吸附均符合Freundlich方程,花生壳生物炭制备温度越高,其吸附能力越强,吸附过程呈现明显的非线性特征。对实现花生壳资源化利用和水体有机污染物治理方面具有良好的借鉴意义。     

污泥与生物质共热解制备生物质炭工艺优化及吸附性能

通过污泥与秸秆（玉米秸秆、水稻秸秆、小麦秸秆、芝麻秸秆）慢速共热解的方法,在不同热解温度（300℃、400℃、500℃、600℃）、热解时间（0.5h、1h、1.5h、2h）及配比（污泥与生物质1∶0、1∶0.5、1∶1、1∶2）条件下制备4种生物质炭,即SCBC（污泥-玉米秸秆生物质炭）、SRBC（污泥-水稻秸秆生物质炭）、SWBC（污泥-小麦生物质炭）、SSBC（污泥-芝麻生物质炭）,研究了不同热解条件对生物质炭产率、pH、元素组成、表面特征、吸附性能的影响,并根据吸附性能筛选出各生物质炭的最优制备工艺。结果表明,热解温度为500℃、热解时间为2h、污泥与玉米秸秆、芝麻秸秆配比为1∶1时,污泥与水稻秸秆、小麦秸秆配比为1∶2时,制备的生物质炭吸附性能最优。最优制备工艺条件下,4种生物质炭吸附性能相比：SWBC > SRBC > SCBC > SSBC。     

热解温度和生物质类型对生物炭吸附U(Ⅵ)性能的影响

以稻壳、竹子和杉木屑为原料,分别在不同热解温度下热解制备生物炭（DBC、ZBC和MBC）。采用傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、扫描电子显微镜（SEM）、X射线能谱（EDS）和X射线衍射（XRD）表征其理化性质,并通过批量吸附实验研究生物炭对U（VI）的吸附特性与机理。结果表明：随着热解温度升高,3种生物炭pH值和灰分增加,产率下降,且ZBC与DBC表面更加粗糙,孔状形貌更加明显,芳香结构趋于完善,含氧官能团减少,无机元素占比增加,碳纤维结晶度降低;准二级吸附动力学模型能更好地拟合3种生物炭吸附U（VI）的过程（R₂²>0.96）,在25℃、pH值4、固液比为1：1（g：L）的条件下3 h可达到吸附平衡;3种生物炭的吸附等温线拟合更符合Langmuir模型,以化学吸附为主,ZBC700对U（VI）的理论最大吸附量为18.55 mg/g;随着热解温度的升高,ZBC和DBC吸附U（VI）的能力增强,阳离子-π和离子交换作用贡献增加。MBC吸附U（VI）的能力与热解温度关系不明显,相同热解温度,ZBC和DBC的吸附量高于MBC。     

脱水污泥-松木共热解生物炭的制备及吸附性能

以脱水污泥(含水率80%)和松木的混合物为原料共热解制备生物炭。研究了松木掺混比、热解温度对生物炭产率和BET比表面积(SBET)的影响,采用元素分析、工业分析和扫描电镜比较了单独热解及共热解生物炭的元素组成和表面形貌。结果表明,生物炭产率随着松木掺混比的增加而提高,随着热解温度的升高而下降。2种原料共热解存在明显的协同效果:松木提高了生物炭的碳元素含量,污泥的水分具有一定的活化作用,生物炭表面粗糙程度增加、SBET扩大。当松木掺混比为60%、热解温度为750℃时,生物炭SBET达到最高的213.4 m2/g。此外,生物炭对水中苯酚的吸附符合准二级动力学,等温吸附过程能用Freundlich模型描述。     

热解温度对竹粉炭理化结构及燃烧性能的影响

利用自行设计搭建的流化床-回转炉两级连续式热解装置对竹粉进行热解炭化,考察流化床一级热解温度（300～800℃）对竹粉热解炭理化结构及燃烧性能的影响规律。结果表明,由于回转炉二次热解过程的存在,使得流化床热解温度对竹粉炭元素组成的影响减弱,碳元素质量分数介于71.19%～78.41%间,随热解温度增加,竹粉炭中挥发分含量降低,灰分呈现增加趋势,固定碳含量相对稳定;扫描电镜结果显示热解温度在300～500℃时,热解炭呈现规则的孔隙结构,同时可保持原料的骨架结构,随着热解温度继续升高,竹粉炭骨架结构被破坏,产生断裂坍塌的现象,比表面积和总孔孔容在700℃热解温度时达到最大,分别为2.53m²/g和0.012cm³/g。利用拉曼光谱和X射线光电子能谱法对热解炭表面化学结构分析,表明较高的热解温度促进了小芳环体系聚合转变为大的芳环结构,有利于脱氢脱羧及芳构化进程。热重-红外联用分析表明竹粉热解过程中气体释放相对含量较多的三类物质分别是CO₂,烷烃、酚类、醇类,以及醛、酮、酸类等有机成分。热解炭样品的燃烧基本仅呈现出固定碳燃烧阶段,热解温度为600℃左右时,所得竹炭综合燃烧特性较好。     

热解温度对氧化石墨的结构与导电性能的影响

通过元素分析、X射线衍射分析、Fourier变换红外光谱仪和粉末电阻率测定探讨了不同热解温度处理的热解氧化石墨的化学组成、晶体结构和电导率随热解温度的变化规律.结果表明:氧化石墨的热解过程可分为3个阶段:第Ⅰ阶段即热解温度低于180 ℃时,热解氧化石墨仍维持着氧化石墨的层状有序结构,但层间距迅速减小,电导率逐渐增加;第Ⅱ阶段即热解温度在180～500℃之间时,热解氧化石墨的晶体结构由氧化石墨态经由过渡态逐渐向类石墨态转变,当热解温度为500℃时完全转化为类石墨态,电导率达到最大值;第Ⅲ阶段即热解温度在500～1 000℃之间时,热解氧化石墨的晶体结构为类石墨态,相比原石墨存在明显的晶粒细化现象,电导率也随着热解温度的上升而逐渐降低.     

PAN基炭膜形成过程中表面元素状态的分析

用X射线光电子能谱（XPS）技术分析了由PAN（聚丙烯腈）薄膜所制得的炭膜中碳、氮和氧三种元素的结合状态。在PAN原膜中C1s峰、N1s峰和O1s峰的结合能分别为284．6ev、399．4ev和531．75ev。在整个热解过程中，样品中的C、N和O结构的功能团和转变的变化已被测定出。随着热解温度的提高，样品表面存在着不同化学状态的碳和不同形式的含氧基因，以及由单一氨结构转变为更加稳定地不同化学态的氮结构的形式。而且，在210℃氧化热解后样品表面的碳含量和氧及氮的含量分别降低20％和增加6％及14％；在氮气流中氧化热解后的样品随热解炭化温度的增加其表面的氮含量一直处于下降状态，在N／C比值也随炭化热解温度的增加而减小的同时，对样品在不同温度下所得到的C1s、O1s和N1s峰进行了曲线拟合分峰处理和所得实验结果进行了推理性的讨论。     

热解炭的微观结构及其测试方法

主要介绍了利用正交偏光显微镜（PLM）、X射线衍射（XRD）、透射电镜（TEM）和喇曼光谱（RS）等测试方法,对采用化学气相沉积（CVD）法制备的C/C复合材料的热解炭的表面微观形貌、沉积炭层间距d002、微晶尺寸Lc及其石墨化度等参数进行表征和测量,从而判断沉积的热解炭的织构类型（光滑层、粗糙层和各向同性炭）,并且分析了上述各种测试手段的优缺点。     

热解终温对花生壳炭化产物的影响研究

采用自制的生物质固定床热解装置研究了不同热解终温对花生壳炭化产物的影响。结果表明：随着热解终温的增加,生物炭质量和能源产率总体上呈现降低趋势,热解气产率呈现上升趋势（热值显著提高）,其中液体质量产率在550℃时达到最大值;热解终温的增加使花生壳生物炭中固定碳、灰分不断提高,C元素不断提高,H元素与O元素含量则不断降低,生物炭的化学和生物稳定性提高;生物炭的热值在500℃时达到最大值,为24.346MJ/kg。生物炭的燃烧过程包括水分蒸发、固定碳及挥发分燃烧和燃尽等3阶段,其燃烧起始时间明显晚于花生壳,不同温度制备的生物炭的综合燃烧特性指数（S）从大到小的顺序依次为：C500 > C350 > C600 > C400 > C450 > C550;热解终温为550℃时,生物炭的比表面积、微孔表面积、总孔容积和微孔容积均最大,分别为50.58m²/g、29.56m²/g、0.01543cm³/g和0.01111cm³/g,与活性炭相比仍有较大差距,需要进一步处理。     

餐厨厌氧沼渣生物炭吸附盐酸环丙沙星

将餐厨厌氧沼渣在5种温度（400℃、500℃、600℃、700℃和800℃）下热解制备生物炭,解析其形貌特征、孔隙结构以及表面官能团等变化规律,探究其对水溶液中的盐酸环丙沙星（CIP）吸附效果,并通过吸附动力学和等温吸附特性探究其吸附机制。结果表明,在700℃下热解制备的生物炭（DR-700）疏松多孔,表面官能团丰富且具有更好的孔隙结构和微观结构,在所有生物炭中对于CIP的吸附效果最好。吸附去除率可达95.09%,可用作良好的吸附材料。DR-700对于CIP的吸附更符合伪一阶动力学和Freundlich等温线模型,表明物理吸附可能是CIP在DR-700吸附的主要机制,主要归功于丰富的比表面积。而同时存在的化学吸附则可能是由于阳离子交换相互作用、静电相互作用、π-π相互作用、疏水和氢键共同作用。因此,利用餐厨厌氧沼渣热解制备生物炭对水溶液中的CIP具有良好的吸附净化效果,这不但可以为抗生素废水低成本处理提供新的材料,还为解决餐厨垃圾厌氧发酵末端产物的资源化利用问题提供一种新方案,具有良好的应用潜力。     

废轮胎裂解炭黑的深加工及应用研究

以废轮胎裂解炭黑为原料,经粉碎分级、表面改性等系统工艺条件,制备出性能优良的超细改性裂解炭黑。经天然橡胶的应用实验证实,超细改性裂解炭黑填充天然橡胶的性能良好,其应用前景广阔。     

提高炭黑分散性能的硝酸氧化研究

为了得到具有优良分散性的炭黑,利用硝酸长时间氧化。作沉降实验,用稳定系数检测炭黑的分散稳定性;用红外光谱、激光粒度仪、元素分析仪、光电子能谱检测其表面的物化性质;用单晶X射线衍射仪确定炭黑的晶相结构。研究表明：通过硝酸氧化,增加了炭黑的表面含氧量,使炭黑的分散性得到了极大的提高;硝酸氧化在炭黑表面引入了羧基、羟基等酸性含氧基团。     

炭黑表面活性对填充NR硫化胶性能的影响

先将同一批次中超耐磨炭黑N234进行脱灰、脱挥发分处理,再在高温(500℃、1000℃和1500℃)氮气氛围下分别处理1h和6h,制备出具有不同表面活性的炭黑填料;采用同一配方和工艺制备出硫化胶,研究了不同表面活性的炭黑填料对硫化胶补强性能的影响。结果表明,随着处理温度的升高,炭黑粒子表面能升高,分散性变差,结合胶含量降低,拉伸强度变化不大;与1#未高温处理炭黑填充硫化胶相比,1500℃×1h条件下处理的炭黑填充硫化胶拉断伸长率、相对磨耗量和压缩生热分别增大了25%、33%和147%,定伸应力下降了51%,滞后损失变化不大。延长高温处理时间,炭黑表面活性降低,分散性变好,结合胶含量增大。     

废旧轮胎裂解炭黑在橡胶地板中的应用

对比废旧轮胎裂解炭黑(CBp)和炭黑N330的理化性能,研究CBp部分替代炭黑N330对橡胶地板胶料性能的影响。结果表明:CBp灰分含量较大,结构度较低,其他理化性能与炭黑N330基本相当;在橡胶地板胶料中用CBp替代30%炭黑N330,胶料的硫化特性、硫化胶的物理性能和耐老化性能、橡胶地板的使用性能均符合普通橡胶地板的技术要求,且有效降低了生产成本。     

提高炭黑分散性能的硝酸氧化研究

为了得到具有优良分散性的炭黑,利用硝酸长时间氧化。作沉降实验,用稳定系数检测炭黑的分散稳定性;用红外光谱、激光粒度仪、元素分析仪、光电子能谱检测其表面的物化性质;用单晶X射线衍射仪确定炭黑的晶相结构。研究表明：通过硝酸氧化,增加了炭黑的表面含氧量,使炭黑的分散性得到了极大的提高。     

热解炭黑对水溶液中Cr(Ⅵ)的吸附-催化过程机理研究

废轮胎热解炭黑（PCB）对水溶液中Cr(Ⅵ) 的去除率高于工业用活性炭（CAC），而且达到吸附平衡的时间也较短。分别从物理和表面化学性能角度研究了热解炭黑对水溶液中Cr(Ⅵ) 的吸附-催化耦合过程机理：热解炭黑和工业用活性炭均能为HCrO₄^-提供通畅的孔道；热解炭黑表面和带负电的HCrO₄^-离子间的排斥作用比工业用活性炭表面与HCrO₄^-离子间的排斥作用弱，直接强化了热解炭黑对水溶液中Cr(Ⅵ)的吸附-催化耦合过程。热解炭黑对Cr (Ⅵ)强大的吸附量归因于其特殊的表面微化学环境。     

Kinetic investigations of CO disproportionation on Fe catalyst

On the surface of a Fe catalyst carbon monoxide disproportionates into C (carbon black) and CO₂. Kinetic parameters of this reaction (reaction rate constant, order, and occupancy of catalyst surface) were established in the range of temperatures 430–490°C. At the beginning of the process in all cases an induction period was observed. Under definite conditions the process develops with oscillating dynamics. Induction period and oscillations indicate an autocatalytical nature of the process. The distribution of the Fe catalyst in the profile of the reaction zone (in the bulk of carbon black and on the surface of small crystals) was investigated.     

A comparison of surface morphology and chemistry of pyrolytic carbon blacks with commercial carbon blacks

The surface morphology and chemistry of CBp obtained by pyrolysis of waste tyres at 500 and 700 °C, respectively was studied compared with a commercial tyre carbon blacks by laser particle size analyzer, X-ray diffractogram (XRD) and electron spectroscopy for chemical analysis (ESCA). The distribution of CBp aggregates was the mixed particle distribution of commercial carbon blacks added to tyres in fabrication. The concentration of inorganic compounds and carbonaceous deposits (the organic compounds deposited on the surface of the CBp) depends on the pyrolysis temperature. The chemical nature of the CBp from pyrolysis at 700 °C was found to be closer to the commercial tyre carbon blacks than the CBp from pyrolysis at 500 °C.     

载铁炭黑复合材料的制备与表征研究

采用浓硝酸对炭黑进行氧化,在炭黑表面引入含氧酸性基团后,利用酸性基团对铁离子的吸附性,通过离子交换和热解制备了一种铁/炭黑复合粒子。实验通过对炭黑表面酸性的滴定讨论了氧化时间及氧化温度对氧化程度的影响。EDS和TEM分析结果表明,铁/炭黑复合材料中无定形氧化铁在炭黑表面的含量可达40%,且分散均匀。