農林廢棄物製備炭微球結構調控及其選擇性吸附VOCs研究

《農林廢棄物製備炭微球結構調控及其選擇性吸附VOCs研究》是依託南京林業大學，由冒海燕擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：農林廢棄物製備炭微球結構調控及其選擇性吸附VOCs研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：冒海燕
• 依託單位：南京林業大學

中文摘要

日趨嚴重的PM2.5空氣污染是人類賴以生存環境的嚴峻挑戰，而作為其禍首揮發性有機化合物（VOCs）成為世界公認的主要空氣污染物之一。炭微球多孔性材料因其吸附速率快、流動阻力小、吸附選擇性強等優點，在治理VOCs技術方面存在巨大潛力。本項目利用農林廢棄物提取纖維素為碳源，採用水熱炭化結合磷酸活化法製備炭微球，探索水熱炭化、磷酸活化等因素對炭微球的微晶結構、形貌、粒徑均一、比表面積、孔隙結構、表面化學性能影響，形成新型炭微球孔隙調控基礎理論。通過加入含氮試劑和氧化劑等化學方法對炭微球表面進行修飾，分析不同改性工藝對其表面官能團、孔隙結構和比表面積的影響。研究炭微球對多組分VOCs的選擇性吸附量、穿透曲線和吸附等溫線，闡明其孔結構與吸附性能之間的匹配構效關係；探討修飾後炭微球對VOCs的選擇性吸附性能。本項目旨在研究孔隙可調控和選擇性吸附炭微球的製備方法，為炭微球在吸附領域的產業化套用奠定基礎。

結題摘要

日趨嚴重的PM2.5空氣污染是人類賴以生存環境的嚴峻挑戰，而作為PM2.5的禍首揮發性有機化合物（VOCs）成為世界公認的主要空氣污染物之一。炭微球多孔性吸附材料因其吸附速率快、流動阻力小、吸附選擇性強等優點，在治理VOCs技術方面存在巨大潛力。本項目利用農林廢棄物提取纖維素和酶解木質素為碳源，採用水熱炭化結合磷酸活化法製備炭微球，探索了水熱炭化、磷酸活化等因素對炭微球的微晶結構、形貌、粒徑均一、比表面積、孔隙結構、表面化學性能的影響，得到了高比表面積、孔隙發達、表面光滑、粒徑均一微米級炭微球，形成了新型炭微球孔隙調控基礎理論。通過加入含氮試劑和氧化劑等化學方法對炭微球表面進行修飾，探索了HNO3和HNO3/ H2O2不同改性劑對其表面官能團、形貌、分散性的影響，研究表明，單獨的HNO3的改性對炭微球表明惰性不明顯，然而，經過HNO3/H2O2的修飾，炭微球表面被氧化，並且-COOH引入了炭微球的表面，提高了其親水性，從而最終團聚現象得到大大改善，分散性得到大幅度提高。採用固體核磁技術探索了吸附VOCs後的炭微球，VOCs 與炭微球的相互作用機制，重點研究了不同VOCs濃度和吸附時間對固體核磁譜圖位移和強度的影響，分別採用傳統的氣體吸附儀和固體核磁技術研究了炭微球對VOCs的吸附等溫線，發現兩者吸附量和吸附曲線一致，證明了固體核磁技術可以成功、快捷地測試VOCs在炭微球上的吸附等溫線。本項目成功研發了一種具有孔隙可調控和選擇性吸附炭微球的製備方法，為擴大了炭微球在吸附領域的產業化套用提供技術支撐。