碳酸钾活化剂法制备稻壳活性炭的工艺优化

为实现农业废弃物的资源化利用,该文以稻壳为原料、K2CO3为活化剂制备稻壳基活性炭。采用Plackett-Burman(P-B)和中心复合设计(central composite design,CCD)法对影响稻壳基活性炭得率和碘吸附性能的5个工艺因素进行筛选和优化,确定样品得率和碘吸附值的预测模型,并进行验证。结果表明,所建立的稻壳基活性炭得率和碘吸附值回归方程的决定系数R2分别为0.90和0.85,影响样品得率的主要因素为:活化温度活化时间K2CO3浓度,影响样品碘吸附值的主要因素为:活化温度K2CO3浓度活化时间,浸渍体积比和浸渍时间影响不显著;经CCD法建立的稻壳基活性炭得率和碘吸附值的预测模型极显著(P0.0001,P0.01),决定系数R2可达0.92和0.90,活化温度和活化时间之间存在较强的交互作用。优化后的工艺条件为:活化温度1029.17 K、K2CO3浓度1.95 mo L/L、活化时间1.17 h、浸渍体积比3,浸渍时间11 h,其得率和碘吸附值的预测值分别为13.61%、1058.83 mg/g,与实测值(14.53%、1021.30mg/g)的误差仅为6.33%、3.67%,拟合性良好,说明运用CCD法对稻壳基活性炭制备工艺的优化是准确可靠的。该结果可为K2CO3活化法制备稻壳基活性炭的工业化生产提供一定的参考。     

稻谷壳制备石墨烯纳米片及结构表征

为了充分利用南方丰富的稻谷壳资源,制备附加值较高的石墨烯纳米材料。该文采用稻谷壳可再生资源经高温炭化、过筛、透析等工艺等制备活性炭,将其在高纯氩保护下高温催化石墨化后制备的石墨微晶作为石墨烯的新型碳源。应用具有较大离子半径的硫酸根离子(0.295 nm)为插层剂预处理该石墨微晶,经水热及微波工艺制备石墨烯纳米片。采用透射电镜、扫描电镜、原子力显微镜、红外光谱、拉曼光谱及X射线衍射(X-ray diffraction spectroscopy,XRD)等技术对样品进行了形貌、结构和谱学等表征。原子力图表明,该石墨烯纳米片厚度范围为0.8~1.75 nm,为单层或双层石墨烯;由红外光谱可以观察到1 550 cm-1左右的石墨烯特征碳碳双键骨架振动峰。但未观察到传统Hummers氧化及水合肼法常出现,与石墨烯氧化后缺陷度有关的3 000~3 600 cm-1之间峰及1 250 cm-1左右振动峰。XRD数据显示所制备材料在24.7°亦具有石墨烯特征峰。拉曼光谱分析则显示,该方法所制备材料的与石墨烯层数相关的2D峰峰高接近G带的2倍,而与石墨烯缺陷度有关的D带峰峰高较小。该方法可成功制备单层或双层石墨烯纳米片,研究结果为高效制备基于稻谷壳可再生资源的石墨烯开辟了一条新路。     

纤维素降解菌对农业有机废弃物发酵进行CO2施肥的作用

采用室内培养和大棚试验相结合,对分离的3种纤维素降解菌在有机废弃物发酵释放CO₂中的作用及其对增加大棚CO₂浓度的效果进行了研究。结果表明,分离获得的三种菌均能明显促进有机废弃物发酵CO₂的释放,其中菌A和菌C的效果优于菌B;3种菌混合接种时效果最佳。在大棚栽培条件下,昼间CO₂浓度大部分时间低于300μL/L,处于亏缺状态;采用棚中不接种直接发酵也可大幅提高大棚的CO₂浓度,但释放的时间只有9.d左右;采用3种菌混合接种的方法棚内全天维持CO₂浓度800μL/L以上的时间可达14.d以上。     

稻壳炭提取SiO2及制备活性炭联产工艺

为了利用气化发电的固体产物稻壳炭,通过单因素试验,研究了稻壳炭同时提取二氧化硅及制备活性炭工艺技术,得出优化的工艺条件:质量分数20%的K2CO3溶液与稻壳炭原料的液固比为15mL/g,煮溶温度100℃,煮溶时间3.5h;稻壳炭的炭化温度是450℃,活化温度850℃,活化时间2h;SiO2的陈化温度为3℃、陈化时间3h。此条件下制备的稻壳基活性炭得率39.34%、碘吸附值978.35mg/g、亚甲基兰吸附值12mL/0.1g;二氧化硅得率25.77%、白度89.91%。试验表明该工艺制备出的稻壳基活性炭及二氧化硅产品的质量均达到了国家标准的要求,同时为稻壳炭的高效、无公害及资源化利用提供了一条可循的途径。     

互花米草厌氧发酵渣活性炭的制备表征及吸附性能研究

利用废弃物互花米草厌氧发酵渣为原料,以H3PO4为活化剂,于N2保护下,在不同的活化温度（400~700℃）和剂料质量比（0.5~3.0）条件下制备活性炭,以低温液氮（N2/77.4 K）吸附测定活性炭的比表面积、孔容及孔径分布,以FTIR、pHPZC测定分析活性炭表面化学性质;以亚甲基蓝为特征污染物,考察所制备的活性炭成品的吸附能力。结果表明,随着剂料质量比的增大,活性炭孔径分布变宽,中孔所占比例增大;在所考察的活化温度范围内,活性炭N2吸附容量大小与BET比表面积呈现相同的趋势。活化温度为500℃、剂料质量比为2.0条件下所制备的活性炭对亚甲基蓝的吸附性能良好,最大吸附容量可达243.90 mg.g-1,符合Langmuir吸附等温模型。亚甲基蓝Langmuir最大吸附容量与活性炭BET比表面积存在一定的线性关系。该活性炭制备方法为互花米草厌氧发酵渣的综合利用找到了新的途径。     

香蕉皮改性材料对废水中二价Cd离子的吸附特性与机理

为探究农业生物质制备绿色吸附材料处理含Cd~(2+)废水方法,以香蕉皮为原料,制备改性吸附材料。采用单因素试验,优化了改性工艺条件。通过静态吸附试验,结合等温模型和吸附动力学模型探讨了其对Cd~(2+)吸附过程。利用比表面及孔径分析(brunner-emmet-teller)、扫描电镜(scanning electron microscope)、能谱仪(energy disperse spectroscopy)、元素分析仪、傅里叶变换红外光谱(Fourier transform infrared spectroscopy)等手段对改性前后材料的表面形态和结构进行表征,并分析了改性和吸附过程的机理。结果表明:改性较佳工艺条件为Na OH浓度为0.25 mol/L,改性时间为30 min。在此条件下香蕉皮改性后,对水中Cd~(2+)的理论饱和吸附量由37.61 mg/g提高到87.15 mg/g,平衡时间由60 min缩短到45 min。吸附符合Langmuir等温模型(R~2=0.998)和准二级动力学模型(R2=0.999)。改性后的香蕉皮对水中Cd~(2+)的吸附以离子交换吸附为主。研究结果可为木质纤维素生物质改性制备绿色吸附材料处理含重金属废水提供理论依据。