生物质基活性炭颗粒状吸附材料的设计与制备开题报告

1. 研究目的与意义

近年来，我国现代工业、农业不断发展，导致生活用水以及企业工厂在生产过程中排放的废液日渐增加。在2016年的时候我国污水年排放量约480.30亿立方米，2018年突破500亿立方米，2020年增至571.36亿立方米，2021年达589.64亿立方米，2022年达616.62亿立方米。按趋势，日后我国的污水处理的体量将越来越大，这些废液中通常含有氨氮、有机物、重金属等危害物质，不能随便排放，需要对废水进行净化处理。另一方面随着人们对环境污染的重视，绿色、高效、可持续使用的污染治理技术已引起了大家的关注。此外，19年疫情的爆发之后，让更多的人警觉到水资源的安全问题，开始重视污水处理改造、水质监测、环境修复等领域，这将有助于促使水处理行业的发展。使用活性炭材料来吸附污染物质是市场上处理废水的主要方式之一。活性炭材料拥有空隙发达，表面积高、选择性吸附能力强等特点，能够对废液中的危害物质进行高效率吸附。因此，这种方法已经被大多数企业所应用，活性炭的产品制备也趋于成熟。然而，在活性炭材料在实际生产和使用中，也依然存在着一定的缺陷。

目前，热解法是制备活性炭材料的主要方式之一。该过程使用含碳生物质作为原材料，经过热裂解反应将大分子转化为小分子，形成活性炭材料。传统的热解法是将原材料置于气氛炉中，以惰性气体如氮气进行保护，高温下制备生物炭粉末材料。该方法操作简易，产出有一定优势。然而，该方法需要较高温度的条件，且原材料需要预处理以去除水分，两者都会消耗一定的资源。此外，热解法生产过程中会产生污染物和大量废气，尤其是可能生成二噁英，不符合绿色生产的要求。因此，寻找一种绿色环保的制备方法已成为活性炭材料研究的重要方向。

水热法是一种热化学转化技术，是生物资源化最具潜力的技术之一。具体地说，在封闭的反应釜中，水作为媒介，生物炭原材料在一定的温度下通过脱水、脱羧反应来去除一定的氢、氧含量，从而形成炭材料。相对于其他方法，水热法具有绿色环保的优势，其生产过程所需的温度较低，反应过程始终水参与反应，原材料可以直接使用生物质，且不需严格的预处理，也不会产生热解法的污染物，符合当下的社会发展要求。同时，制备过程中的条件也较为宽松可控，可以通过调整反应的影响因素并进行改性，满足更多样的社会需求。此外，在性能方面，水热法制备的产品的产出较高，且具有较强的亲水性，表面积含有丰富的含氧、氮的官能团，灰分含量也较低。水热法生成的生物炭粉具有很好的吸附作用，可以用于对污水的吸附处理。然而，产品为粉末材料，在污水处理时不利于回收再利用，这是一个缺陷。

2. 研究内容和预期目标

1.以提升活性炭颗粒的回收能力和吸附能力为目的，设计出相应的实验方案。

2.根据实验方案制备出符合条件的活性炭颗粒。

3.观察颗粒活性炭材料的内部结构，表征颗粒活性炭材料的力学性能。

3. 研究的方法与步骤

1.查阅相关技术资料，在先前人员制备活性炭粉和生物炭造粒的基础上，增加改良措施，为解决活性炭粉难以回收，活性炭颗粒实心致密，吸附效果降低的问题，设计出以eva乳液为核心，以eva为核心，外部为粘结剂的具有良好稳定性和吸附效能的多孔生物炭基活性炭颗粒材料的优化方案。

2.制备多孔球体生物质基活性炭粉材料：将干燥的生物质基活性炭粉和氯化钠粉末融合放在回转着的倾斜30~60的转盘里, 活性炭粉与氯化钠粉末的配比为4：1，然后用孔径不同大小的针孔注入eva粘结剂。润湿了的局部粉末先粘结为粒度很小的颗粒，从而形成核。随着圆盘的连续离心运动，核逐渐成长为圆球，较大的圆球摩擦系数小，浮在表面滚动，从而获得最终的球状生物质基活性炭。

3.在活性炭产品成型和处理之后，使用光学显微镜观察几组产品的内部结构，确认其孔洞情况和成型粘结程度。使用实验室力学仪器测试物理性能，尤其注重耐水性和稳定性。

4. 参考文献

[1].郭莎莎. 生物质基炭材料的制备及其电化学性能研究[d]. 北京:北京化工大学,2018. doi:10.7666/d.y3390520.

[2].哈尔滨工业大学. 氯化钠辅助合成cds光催化材料的方法:cn201510154811.1[p].2015-07-15.

[3].武广利. 碳掺杂zno不同形貌材料制备及其光催化性能研究[d]. 河南:河南师范大学,2015. doi:10.7666/d.y2860162.

5. 计划与进度安排

1、2024.12.19～2024.02.10：查阅课题相关活性炭的资料，熟悉课题背景资料。

2、2024.02.11～2024.02.25：了解传统的造粒方式，确认实验目的。

3、2024.02.26～2024.03.10：设计制备颗粒活性炭材料的实验方案，开展初步实验。