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摘 要

针对物理活化法制备的活性炭孔结构上的缺陷和化学活化法的成本问题和对环境的污染，本实验研究提出将物理化学活化联合来制备活性炭。在设计中，以甘蔗渣为原料，二氧化碳为物理活化剂，在真空状态下，CO₂活化过程中添加少量的K₂CO₃可以显着增强所获得的活性炭的孔隙形成和比表面积的增加。初步探讨物理化学联合活化法制备甘蔗渣活性炭的操作条件和联合活化机理，研究了初级炭质量、K₂CO₃与初级炭（10℃/min升温速率加热到700℃、N₂ 10ml/min，不保温）质量比、活化时间以及活化抽气次数这些因素对活性炭性能的影响。研究结果表明，当活化温度900℃，碳酸钾与初级炭质量比2％左右，活化时间1h，变压次数3次时活性炭的性能较好。根据BET、SEM、红外和XRD分析得知，加入碳酸钾可以对活性炭产生刻蚀作用，产生的孔径直径变大，官能团基本不变，石墨化程度降低。物理化学上的联合溶剂加入活化既有效提高了活性炭比表面积，也大大降低了活化的温度，避免了碳酸钾化学活化过量的加入导致的资源浪费与和对环境的污染。

关键词：生物质 活性炭 碳酸钾 真空

ABSTRACT

In view of the defects in the pore structure of the activated carbon prepared by the physical activation method, the cost problem of the chemical activation method and the pollution to the environment, an innovative combined physical and chemical activation method for preparing activated carbon is proposed. In the design, using bagasse as the raw material and carbon dioxide as the physical activator, adding a small amount of K₂CO₃ during the CO₂ activation process can significantly enhance the pore formation and specific surface area of ​​the activated carbon obtained. The process conditions and combined activation mechanism for preparing activated carbon by physical-chemical combined activation method were discussed. The quality of primary carbon, K₂CO₃ and primary carbon (heated to 700℃ at 10℃/min heating rate, N₂ 10ml/min, no heat preservation) were investigated. The effect of time and activation pumping times on the performance of activated carbon. The results show that the activation temperature is 900℃, the quality is about 2%, the activation time is 1h, and the performance of activated carbon is better when the pressure is changed three times. According to BET, SEM and XRD analysis, adding potassium carbonate can etch activated carbon, the resulting pore diameter becomes larger, and the degree of graphitization decreases. The combination of physical and chemical activation not only increases the specific surface area of ​​activated carbon, but also reduces the activation temperature, avoiding waste and environmental pollution caused by excessive addition of potassium carbonate, and can form high-quality activated carbon.

Key words:

Biomass ; Activated carbon ; Potassium carbonate ; Vacuum

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1生物质介绍 1

1.2生物质能量利用方式 1

1.2.1直接燃烧 1

1.2.2生物转化 1

1.2.3热化学转化 2

1.3活性炭介绍 3

1.3.1炭化阶段 3

1.3.2活化阶段 3

第二章 实验部分 1

2.1实验所用试剂及仪器 1

2.2实验方案 2

2.3 实验内容 2

2.3.1.甘蔗渣初级碳的制备 2

2.3.2探索甘蔗渣变压活化工艺条件 3

2.3.3探究不同碳酸钾含量的影响 4

2.4结构分析和性能表征 5

2.4.1 BET测试 5

2.4.2 SEM测试 6

2.4.3红外光谱测试 6

2.4.4 XRD测试 6

第三章 结果与讨论 8

3.1 活性炭收率及BET同各活化条件之间的关系 8

3.2 吸脱附能力及孔径分布 9

3.2 红外测试分析 11

3.2 XRD衍射分析 12

第四章 结论 14

参考文献 15

致谢 16

第一章 绪论

1.1生物质介绍

生物质是指利用光合作用产生并生长的有机物质，它包含动物、植物、微生物。生物质蕴藏着的生物质能是可以为我们所用的。生活中可以回收利用的生物质主要有农作物废弃物秸秆及食品行业的副产品、水生植物及林业资源^[1]。

生物质作为唯一一种可再生的碳源，可以通过不同的方式转化为固、液、气三种相态加以利用，然而这些生物质能源没有得到很好的回收处理，农林废弃物秸秆等被露天焚烧，既对环境大气造成污染，也是对生物质能源的浪费。城市的生活垃圾被集中填埋在土壤里或扔进大海，引起严重的土壤酸碱化、污染我们的饮用水资源甚至危害海洋生物的健康。因此，高效利用生物质能是当前学者的研究热点。

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