成型生物炭的制备技术及其对阿特拉津去除效果研究开题报告

1. 研究目的与意义

1.1 课题研究背景
1.1.1 阿特拉津污染现状与危害及其修复技术
阿特拉津（2-氯-4-二乙胺基-6-异丙胺基-1，3，5-三嗪，atrazine），又名莠去津，分子量为217.699，分子式为c8h14cln5，阿特拉津的外观为白色晶体，密度约1.187 g/cm3，熔点为175℃，在水溶液中的溶解性很低，在甲醇、丙酮、乙酸乙酯等有机溶剂中易溶解，对皮肤有轻微的刺激性。

阿特拉津是世界上非常常见的一种三嗪类除草剂，由于它的价格低廉并且对于杂草的去除效果较好，在我国的农业生产方面有着非常广泛的施用。

其主要除草机理是通过在植物体内抑制其光合作用使植物死亡。

2. 研究内容和预期目标

2.1 主要研究内容
本研究拟用甘蔗渣和芦苇秸秆为生物质原料，木质素和酚醛树脂为粘结剂探究不同条件下成型生物炭的形成过程，研发成型效果好、对环境污染小、经济效益高的成型生物炭，通过对比理化性质得到综合性能最好的成型生物炭，并研究最佳的成型生物炭对水溶液中阿特拉津的去除效果和机制。

研究拟从以下几个方面进行;
（1）成型生物炭制备研究。

对清洗烘干后的甘蔗渣和芦苇秸秆进行热解炭化处理，收集固体产物研磨过100目后用密封袋装好并贴上标签。

3. 研究的方法与步骤

3.1 实验材料
生物质原料：甘蔗渣、芦苇
药品：ATR（纯度99.7%）、甲醇（高效液相色谱级）、木质素（纯度90%以上）
仪器：马弗炉、扫描电子显微镜、液相色谱仪、强度测试仪、全自动比表面及孔隙度分析仪。
3.2 实验方法
1 生物炭的制备
将采集到的甘蔗渣和芦苇用去离子水洗净，放在室内风干三天后65℃烘干24h后取出用密封袋保存。取一定量的生物质原料放置在坩埚内压实后送入马弗炉中，向马弗炉中通入氮气，氮气流速100 ml/min，通气时间30min，设置热解温度为550℃，升温速率10 ℃/min，热解结束后保持氮气氛围，等待冷却至室温后取出坩埚对生物炭进行收集，研磨过60目筛子后放入密封袋保存。将甘蔗渣和芦苇制取的生物炭分别命名为SBC和RBC。
2 生物炭的成型
序号 生物质原料 粘结剂 制备方法
① 甘蔗渣 木质素 （1）将生物质粉末、木质素和水按照10:2:3的比例放入烧杯，搅拌均匀；
（2）将均匀的样品倒入模具放入90℃水浴锅中加热20min，期间每隔五分钟取出用1000N左右的力量进行按压；
（3）加热完成后放入80摄氏度烘干机中烘干2h后取出。
② 芦苇秸秆 木质素
③ 甘蔗渣 酚醛树脂 （1）将酚醛树脂与无水乙醇以质量比1：2混合充分搅匀；
（2）胶粘剂与生物炭以质量比5：1混合充分搅匀；
（3）在90℃的水浴锅加热45min；
（4）趁热倒模；
（5）在125℃的烘箱内，烘50min。
④ 芦苇秸秆 酚醛树脂

3 成型生物炭理化性质测定
3.1 抗压强度
运用万能试验机对成型生物炭的强度进行测试。将成型生物炭水平放置在仪器的水平压盘上，记录成型生物炭出现裂纹或者被破坏时的压力，这个压力即为所制得成型生物炭的抗压强度。并观察添加不同含量木质素粘结剂对于成型生物炭强度的影响。
3.2 多孔性
将成型生物炭沿着径向轴面切开，将所得的生物炭块用扫描电子显微镜观察内部结构，观察制取的成型生物炭内孔道的分布情况、均匀性等。
3.3 比表面积和孔隙度
运用全自动比表面及孔隙度分析仪对成型生物炭的比表面积和孔径分布特征进行测定。
3.4 尺寸稳定性
待成型生物炭冷却后，记录其高度等基本数据并计算出体积，常温下在室内放置三天后重新记录各项数据，根据公式计算得出其尺寸稳定性。
4 吸附实验

取一根淋溶管，洗净后在底部防止选用的综合性能最佳的成型生物炭并用两层滤布包裹好，放置于铺好滤纸的漏斗中，进行淋溶实验。将实验后得到的溶液静置后计算体积，取溶液过0.45μm滤膜后，以乙腈和体积分数为0.1%的磷酸溶液为流动相，用高效液相色谱仪测定阿特拉津的含量。并用蒸馏水做解吸剂对试验后的成型生物炭做解吸实验并计算解吸得到的阿特拉津的量。

4. 参考文献

4．主要参考文献
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5. 计划与进度安排

（1）2024.2.1-2024.2.28英文翻译，国内外研究现状综述；

（2）2024.3.1-2024.4.15 实验方案及开题报告，开展研究实验，实验数据分析与整理；

（3）2024.4.15-2024.5.15 数据分析，撰写毕业论文；