摘 要

我国每年都会产生大量生物质废弃物，而且对生物质废弃物的处理方式主要是就地燃烧和填埋。由于生物质废弃物没有得到妥善处理，不仅对人类赖以生存的环境和地质造成巨大污染，还浪费资源。为了使生物质废弃物能二次或多次重复利用，变废为宝。本实验主要利用微波水热碳化技术以生物质废弃物为重点进行研究。由于生物质废弃物成分比较复杂，此次实验先以生物质废弃物中含量最多的糖类葡萄糖和纤维素为模拟化合物作为反应物，对其反应后液相中的碳量子点进行研究，碳量子点是目前研究非常广泛的一种新型的纳米级碳材料，是近年来的一个研究热点。对不同加热温度和不同停留时间制备合成碳量子点的三相产率、荧光光谱和紫外光谱进行分析，再以废弃物花生壳为碳源制备碳量子点作为对比实验进行对比研究探讨。

关键词 ：葡萄糖 纤维素 花生壳 微波水热 碳量子点

Experimental Study on Microwave Hydrothermal Carbonization of Cellulose

Abstract

Every year, China produces a large amount of biomass waste, and the treatment of biomass waste is mainly on-site combustion and landfill. As biomass waste is not properly disposed of, it not only causes significant pollution to the environment and geology on which human beings live, but also wastes resources. In order to make biomass wastes reusable two or more times, wastes are turned into treasure. This experiment mainly uses microwave hydrothermal carbonization technology to focus on biomass waste research. Due to the complexity of the biomass waste composition, the experiment first used carbohydrate glucose and cellulose, which are the most abundant components in biomass waste, as the reactants, and studied the carbon quantum dots in the liquid phase after reaction. Quantum dots are a new type of nano-scale carbon materials that have been studied very widely at present and are a research hotspot in recent years. The three-phase yield, fluorescence spectra and ultraviolet spectra of synthetic carbon QDs prepared at different heating temperatures and different residence times were analyzed. Carbon QDs were prepared using waste peanut shells as a carbon source as a comparative experiment.

Key words：glucose; cellulose; peanut shell; microwave hydrothermal ;carbon quantum dots

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1研究背景 1

1.2微波水热碳化技术原理简介 2

1.3本论文的主要内容 2

1.4实验思路 3

1.5本论文的主要目标 3

1.6本论文的研究意义 3

第二章 实验材料、仪器与实验方法 5

2.1实验材料和仪器 5

2.2本实验所用主要仪器的使用方法 5

2.3实验所用软件Origin8.0简要介绍 6

2.4实验方法 6

2.5实验分析方法 8

2.6实验产物产率的计算 8

第三章 实验结果分析 9

3.1不同温度对葡萄糖碳量子点的影响 9

3.2 不同停留时间对葡萄糖碳量子点的影响 9

3.3不同加热温度对纤维素碳量子点的影响 10

3.3.1 实验数据整理分析 10

3.3.2紫外灯照射结果分析 11

3.3.3不同加热温度对纤维素碳量子点荧光性能的影响 12

3.4不同停留时间对纤维素碳量子点荧光性能的影响 14

3.4.1实验数据分析 14

3.4.2紫外灯照射结果分析 15

3.4.3 不同停留时间对纤维素碳量子点荧光性能的影响 16

3.4.4 纤维素碳量子点的荧光光谱分析 17

3.5本章小结 20

第四章 以花生壳为碳源制备碳量子点 21

4.1实验部分 21

4.2碳点的合成与制备 21

4.2.1实验过程 21

4.3实验结果分析 22

4.3.1紫外灯照射结果分析 22

4.4花生壳碳量子点荧光光谱 23

4.5花生壳碳量子点与纤维素碳量子点的紫外可见吸收光谱分析 23

4.6本章小结 24

第五章 总结 25

参考文献 26

致谢 28

第一章 绪论

1.1 研究背景

我国是农业大国，每年会都会有大量的生物质废弃物产生，生物质废弃物是指人类在生产和消费的过程中产生各种各样废弃物的总称。根据不同来源对其主要分为农作物废弃物、禽畜粪便和城市生物质废弃物三类^［1］。而现在对大多数的生物质废弃物的处理方法主要有就地焚烧和填埋。但焚烧和填埋处理方式不仅会浪费能源，还会污染环境。生物质废弃物现已成为仅次于石油、天然气和煤的第四大能源^［2-4］。碳是地球上分布最为丰富的元素之一，而组成生物质废弃物的主要元素就是是碳；为了使生物质废气物能得到重复利用，变废为宝。科学家们实验研究发现利用水热碳化技术可以使含碳水化合物的物质通过脱羧和脱水反应得到新型碳功能的材料^［5-6］。而生物质废气物主要含有碳水化合物，所以水热碳化技术逐渐成为处理生物质废弃物的研究方向。

水热碳化技术最早是在1913年被Bergius用来研究模拟煤的形成条件的一种工艺。但那时生物质废弃物并没受到广泛关注。直到后来科学家发现利用水热碳化技术以碳水化合物或木质纤维素为原材料，在密闭的反应体系中和在一定温度和压力下等条件下，通过以水为反应媒介；可以减少-OH基团中的H、O含量而得到碳纳米材料^［7］。与其它利用生物质的技术相比水热碳化技术以操作简单、反应条件温和、原料来源广泛等特点一直受到科学家们的长期关注。但是水热碳化技术加热时间长，水热容器加热不均，反应不够完全等使生物质转换为碳纳米材料效率较低^［8-9］。

相关图片展示：