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碳驱动过硫酸氢钾盐氧化技术中生物炭孔隙结构的控制

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碳驱动过硫酸氢钾盐氧化技术中生物炭孔隙结构的控制

Date: 2021-04-09

  在碳驱动的过硫酸氢钾盐氧化技术中,污染物在碳界面的吸附和降解往往是协同进行的。此外,发达的孔隙结构同样能够促使过硫酸盐与碳基激发剂的接触反应,提升激发效率。因此,要开发效率的生物炭基过硫酸盐激发剂,孔隙结构的调控不能缺少。常见的生物炭孔结构调控手段是直接在生物质热解过程中原位造孔。利用氯化锌的强脱水性能,大大减低纤维素、半纤维素和木质素的碳化温度,改变分解路径,制约焦油的生成,促使开放孔隙的形成。此外,氯化锌可以浸入生物质的内部,在热解温度高于732℃的沸点时,挥发出来进一步强化生物炭结构的多孔性。

  有学者以氯化锌为造孔剂制备了甘蔗基生物炭材料,比表面积达2280m2g。除了通过催化试剂在热解过程中反应直接造孔,还可以通过后激发方法造孔。通常涉及两步,即先由生物质直接热解生成低孔容量、低表面积的原始生物炭,之后使用物理或化学方法进行激发造孔。

  相比较于直接催化造孔,后激发方法可以产生越多的孔结构和越大的比表面积,然而生物炭的终产率往往要低很多。在物理造孔时,原始生物炭暴露于可控的蒸汽流或二氧化碳或二者的混合之中。该过程能够选择性的削除原始生物炭中的活性碳原子,释放一氧化碳和二氧化碳,从而产生以微孔为主中孔为辅的发达孔隙结构。

  有学者发现以二氧化碳气体流可以激发所得的生物炭,获得越大的比表面积、越多的表面缺陷和丰富的含氧官能团,进而获得越优良的过硫酸氢钾盐激发成果。并采用蒸汽二氧化碳混合配合微波加热,制得的椰壳基生物炭比表面积达到2000m2*g-1,其中微孔约占总孔容的80%。化学方法造孔通常使用碱性试剂如氢氧化钾、氢氧化钠等在惰性气体氛下加热。通过控制碱性试剂的用量、浸渍时间等条件可以调整生物炭的孔分布。

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