生物质炭吸附酚类环境污染物的研究开题报告

1. 研究目的与意义

生物炭是一种表面粗糙、孔隙复杂、吸附性能优越、性质稳定的良好吸附材料，一般用缺氧状态下的热解法或水热法制备，本质上属于一种黑炭^[]。生物炭原材料多种多样，作物秸秆、木料、果壳、市政垃圾、动植物的排泄物和残体等都可以用来制作生物炭，因此生物炭的制备和应用是一种“以废制废”的环境治理方法，它既是一种污染物被处理的过程，又可以用来吸附污染物。

生物质炭的制备主要分为炭化与活化两个过程，二者可分步或同步进行。生物质的预处理可降低活化温度，缩短活化时间或提高活性炭产率。预处理主要包括脱灰，预氧化或浸渍等^[]。根据加热方式的不同，制备生物质炭可分为热分解法、微波炭化法、水热炭化法。

热分解是指在隔绝空气条件下生物质的高温裂解反应，热分解后一般需要活化，物理活化法生产工艺简单，对设备腐蚀和环境污染小但物理活化法生物质消耗大，活化温度较高且获得的活性炭比表面积较低。与传统的物理活化法相比，化学活化法显著提高了生物质炭比表面积和生物质炭的产率，但化学活化法对设备腐蚀和环境污染较大，且制备后残留物较多。热分解法的缺点是反应时间长、反应耗能大、传热效率低和反应原料加热不均匀。微波加热是通过被加热体内部偶极分子的高频往复运动，使分子间相互碰撞产生大量摩擦热量继而使物料内外部同时快速均匀升温。微波加热具有操作简单、升温速率快、反应效率高、可选择性均匀加热等优点，但其不足在于物料的反应温度不能精确控制，且过量的微波辐射将损害健康^[]。

2. 研究内容和预期目标

主要研究内容：

1、以木质素为原料，用水热炭化法制备三维生物炭；

2、通过控制反应时间和温度来制备一定形貌、不同粒径的三维生物炭；

3. 研究的方法与步骤

（一）以木质素为原料，用水热炭化法制备三维生物炭

1、木质素的水热预处理

将木质素与80ml质量分数为30~60%的硫酸溶液混合，充分搅匀，装入带有聚四氟乙烯内衬的水热反应釜中。将反应釜放入烘箱，在120~160℃的条件下水热处理2h。取出反应釜，室温自然冷却之后，对样品进行离心，取固体，并用蒸馏水洗至中性。然后将产物放入105℃的烘箱中烘干，得到预处理木质素样品，备用^[]。

4. 参考文献

[1]方意龙. 磁性纳米铁锰氧化物改性松木生物炭对水体四环素的吸附研究[d].湖南大学,2019.

[2]赵丽媛,吕剑明,李庆利,等.活性炭制备及应用研究进展[j].科学技术与工程, 2008,8(11):2914－2919．

[3]李保强,刘钧,李瑞阳,李文东,冯玉杰,宫金鑫.生物质炭的制备及其在能源与环境领域中的应用[j].生物质化学工程,2012,46(01):34-38.

5. 计划与进度安排

1、（第一周）：接受任务，查阅相关文献，了解课题背景，初拟开题报告。

2、（第二周~第三周）：完成开题报告并完成英文文献翻译；为实验准备所需试剂。

3、（第四周~第十三周）：开始进行毕业论文实验，按照开题报告拟定的方法和步骤，以木质素为原料，通过水热炭化法制备三维生物炭，利用高锰酸钾和醋酸锰的中锰元素的归中反应，获得对对硝基苯酚吸附性能优越、可循环使用性高的改性生物炭@mno₂。并结合xrd、sem、tem、ft-ir对所合成材料的结构和组成进行表征，分析其吸附机理。