《基於氧化和促進交聯作用的空氣-磷酸活化機理研究》是依託南京林業大學，由左宋林擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：基於氧化和促進交聯作用的空氣-磷酸活化機理研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：左宋林
- 依託單位：南京林業大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
在深入研究植物纖維磷酸活化法的基礎上，提出了一種新的高效活化方法：空氣-磷酸活化法；結合研究結果並經深入的理論分析，提出併科學論證了空氣-磷酸是一種製備活性炭的新型活化劑，且其具有的氧化和促進交聯兩種作用是空氣流量、活化溫度和磷酸浸漬比這三個關鍵活化參數影響空氣-磷酸活化的內在原因。以此為依據，全面研究氧化和促進交聯兩種作用隨熱解溫度、空氣流量和磷酸浸漬比的變化規律。在此基礎上，深入研究氧化和促進交聯兩種作用對植物纖維原料的空氣-磷酸活化過程中熱解液體和氣體產物的主要組分，以及對活性炭的孔隙結構和表面化學性質的影響規律。從而系統掌握植物纖維原料的空氣-磷酸活化機理。並為通過調節活化條件來控制廢氣的排放或再利用，這一條更加有效的治理活性炭工業污染的新思路和方法提供理論基礎。從而為把空氣-磷酸活化發展成為高效、低成本和低污染的綠色活性炭工業生產方法提供理論指導和技術支持。
結題摘要
本項目按照計畫書的要求完成了項目的研究內容。其主要的研究成果如下： 1.通過研究磷酸活化生物質過程中，升溫梯度、升溫速率對活性炭孔隙結構的影響，發現了在磷酸活化過程中，低於300oC和高於300oC是兩個顯著不同的活化區域，它們發生了顯著不同的活化反應，且300oC之前的熱處理方式對活性炭的得率、孔隙結構和活性炭得率具有顯著的影響，為進一步研究空氣-磷酸活化法打下了基礎。 2.研究了空氣-磷酸活化過程中氧的作用。採用在磷酸溶液中添加過氧化物的方式，研究了氧自由基在磷酸活化過程中的作用，發現了氧自由基在低使用量時主要起交聯作用，促進了磷酸與生物質原料的交聯，不僅提高了活性炭得率和碳元素的轉化率，而且促進了活性炭孔隙結構的發展；而在存在較高濃度的氧自由基情況下則主要起氧化作用，氧化了更多的碳原子，降低了活性炭的得率且不利於活性炭孔隙結構的發展。進一步的研究顯示原料碳元素含量是決定氧自由基發生交聯作用階段的過氧化物最大添加量的關鍵因素，原料的碳元素含量越高，則開始發生氧化作用所需的過氧化物添加量就越高，相反則越少。這一研究發現，糾正了以往認為氧化劑在磷酸活化過程中僅僅起氧化作用的觀點，推動了磷酸活化理論的發展。 3.通過設計安裝了磷酸活化過程中熱解氣體產物的線上分析裝置，分析了在不同的活化條件下，磷酸活化生物質過程中二氧化碳、一氧化碳、氫氣和甲烷四種主要氣體產物的形成過程。其研究結果有助於深入理解磷酸活化和空氣-磷酸活化的活化機理，並為磷酸活化法中的尾氣處理和利用提供了理論依據。 4.針對磷酸作用下生物質熱解液體產物水分含量高，其有機產物組分複雜的特點，研究了液體產物的分離方法，並在此基礎上研究得出了磷酸促進糠醛等糖類脫水化合物形成的結論。 5.採用空氣-磷酸這種新型活化方法製備了酸性顆粒活性炭新活性炭品種。 6.發現了含磷官能團能夠影響活性炭的電化學性質這一新現象，為進一步研究活性炭的電化學性質提供了新的基礎。 通過本項目的研究，較深入地掌握了空氣-磷酸活化過程中，升溫過程、氧自由基對活化的影響和內在作用機理，以及氣體和液體產物的形成規律，為磷酸活化法調控活性炭的孔隙結構和表面化學性質提供了新的理論依據，為進一步的深入研究活性炭的性質提供了理論基礎，為發展綠色高效的磷酸活化法提供了新的理論指導。
