生物質熱解過程中污染物遷移轉化機制的解析.pdf

1、植物通過自身的生長，可以從富營養(yǎng)化水體中吸收氮磷營養(yǎng)元素，而通過生物吸附過程，又可以吸附水中的重金屬等污染物。但是，富含污染物的植物生物質若處理不當，容易造成二次污染。另一方面，隨著化石能源的日益耗竭，以及其在使用過程中造成的一系列環(huán)境和氣候問題日益引起人們的重視。從可再生、環(huán)境友好的生物質中獲取能源及資源已經成為研究熱點，并且具有十分廣闊的應用前景?？焖贌峤馐且粋€極具應用潛力的生物質資源化成熟技術，如果將其應用于對污染生物質的處置及資

2、源回收，將會具有重要的環(huán)境和經濟意義。
　　本論文系統(tǒng)研究了植物生物質在污染物去除和熱解資源化應用中的一些基礎問題，包括生物質表面化學修飾強化污染物去除，污染物在熱解過程中遷移轉化的機理，熱解生物油提質的綠色可持續(xù)方法研究，熱解biochar功能化制備及其在環(huán)境、催化及能源儲存方面的應用。論文主要的研究內容和結果如下:
　　1.生物質的表面化學修飾強化污染物的去除:以二氯亞砜作為活化劑對EDTA進行活化，再將其用于蒲草生物質

3、的表面化學修飾，以增加其表面羧基和氨基功能基團的含量，從而強化其對污染物的去除能力，并對污染物強化去除的相關機制進行了探討。結果表明，經過表面修飾的生物質對水溶液中的鉛離子具有顯著強化的去除能力，其最大吸附能力達到263.9 mg/g。遠遠大于未經修飾的生物質的104.5 mg/g。吸附機理主要涉及到離子交換、配位和氫鍵作用，其中離子交換作用主要是在低pH條件下起作用，而配位和氫鍵作用主要在高pH值條件下發(fā)揮作用。
　　2.生物質

4、熱解過程中污染物的遷移轉化過程及其機理:將吸附了重金屬鉛的蒲草生物質進行熱解，分析了熱解過程中重金屬鉛的遷移，轉化和分布情況。結果表明，熱解過程中鉛的回收率受溫度的影響不明顯;在整個熱解過程，溫度從400℃升高至600℃時，鉛的回收率為98.8％以上，發(fā)現(xiàn)鉛的化合物在熱解過程中轉化為揮發(fā)性很弱的氧化鉛和金屬鉛而保存在熱解殘?zhí)抗滔嘀小?br>　　以三種典型的富氮磷濕地植物為代表，研究了熱解過程中氮磷營養(yǎng)元素的遷移轉化過程及其機理。結果顯示

5、，熱解所得生物油的主要成分包括酚類、醛酮類、羧酸類以及一些含氮雜環(huán)或者胺類化合物。在熱解過程中，大量的氮磷元素從有機態(tài)轉化為無機離子態(tài)或者結合態(tài)，仍然集中在biochar中，可通過無機鹽溶液浸出的方法分級提取，其中平均76％的氮元素和57％的磷元素可以通過此法得以回收。
　　將生物質和廢棄電子垃圾塑料以一定的比例進行混合進行共熱解，研究了熱解過程中溴化阻燃劑的遷移，轉化過程以及溴元素在熱解過程中的分布情況，通過TG-FTIR-MS

6、方法對溴化阻燃劑的轉化機理進行了深入的研究。結果顯示，生物質和WEEEs塑料在熱解過程中的協(xié)同作用可以大大提高熱解油的產率。機理分析表明，熱解過程中產生的溴元素既可以被有機組分捕獲形成溴代烴類揮發(fā)至熱解油和氣體相中，也可以被WEEEs塑料和生物質中的無機組分捕獲而保留在熱解殘?zhí)恐小?br>　　3.生物油品質提升及其機理研究:提出在常溫常壓的情況下以零價活潑金屬鋅對生物油進行原位氫化的方法。結果表明，金屬鋅對于生物油體系表現(xiàn)出良好的反應性

7、能，可以顯著改善生物油的性質，包括降低腐蝕性與提高穩(wěn)定性和熱值等。新生成的主要形成機理包括醛酮類的直接氫化、生成的醇類和生物油中有機酸的酯化以熱解木質素碎片的氫化反應等。
　　直接熱解具有催化作用的重金屬銅負載的生物質，通過銅在熱解過程的催化作用，使得熱解生物油的產率和品質有顯著的提升。結果表明，銅催化所產生物油中所含的芳香化合物比普通生物油的芳香化合物含量大為增加。機理分析表明，銅的存在能促進生物質中木質素組分的分解，從而產生大

8、量的芳香化合物。熱解過程中，超過90％的銅元素富集在熱解殘?zhí)恐校⒖梢酝ㄟ^灼燒的方法加以回收。
　　4.以生物質作為原料，通過熱化學方法合成功能碳材料:以廢棄木屑生物質為原料，從海水中吸附氯化鎂，再進行熱解合成介孔碳負載的氧化鎂納米顆粒，并將合成的材料用于二氧化碳的捕集。材料對二氧化碳的最大捕集量可以達到5.45 mol/kg。二氧化碳的捕集機理主要涉及物理吸附和化學相互作用，其中的物理吸附作用隨著溫度的升高而減弱，而化學相互作用

9、主要包括氫鍵作用以及二氧化碳和氧化鎂的化學反應，是二氧化碳捕集的主要貢獻。
　　將生物質吸附一定量的氯化鐵，通過快速熱解獲得磁性多孔碳材料，以此為前體，通過磺化反應合成磁性固體酸材料，并將其用于催化有機反應。結果表明，氯化鐵的存在可以催化促進熱解過程中碳材料的微孔和介孔的生成，而以此法合成的磁性固體酸具有高比表面積和酸強度，并且具有易分離性，高催化活性和循環(huán)穩(wěn)定性。
　　以富氮的濕地植物蒲草為原料，通過快速熱解和KOH活化的