玉米秸秆复合炭材料制备及脱硫应用研究

• 作 者: 王奇飞
• 机 构: 哈尔滨理工大学
• 出 处: 哈尔滨理工大学
• 发表日期: 2017年期
• 关键词: 玉米秸秆 炭材料 改性 成型 硫化氢

随着我国农业的不断发展,大量的玉米秸秆废弃物如何处置成为人们关注的焦点。近些年由于传统的焚烧掩埋等处置方式的局限性越发突出,所以人们多方面寻求秸秆的其它处置途径。将玉米秸秆制成炭材料并用于H₂S等臭气的脱除就是一种新型环保的方法,该方法即实现了秸秆的资源化利用,也达到了以废治废的目的。本文以玉米秸秆为原料,采用化学活化法制备了秸秆炭材料,通过单因素实验优化出秸秆炭的最佳制备条件,并对其吸附H₂S性能进行了测试。结果表明,分别以玉米秸秆皮、芯和皮芯混合物为原料制备的炭材料对H₂S吸附性能无明显差异。当活化温度为350℃,料液比1:2,活化时间为70 min时,皮芯混合物制备的秸秆炭对H₂S吸附时间可达80 min;结构分析显示加入活化剂后对秸秆炭表面官能团的组成无明显改变,但使秸秆炭比表面积大幅增加,微孔在H₂S吸附过程中起主要作用;H₂S被吸附后主要以单质硫和亚硫酸盐形式存在,与活性炭的溶解吸附机理相吻合,秸秆炭表面含氧官能团的存在影响H₂S的催化氧化,其中醚基官能团（C-O）起到主要作用。为了进一步提高秸秆炭的脱硫活性,对秸秆炭分别采用沉淀法和浸渍法负载铜改性。分析表明,沉淀法中脱硫效果最优的是载铜量为25%、焙烧温度为300℃时制得的样品,H₂S吸附时间长达230 min;浸渍法中载铜量为15%、焙烧温度为300℃时,改性秸秆炭的吸附效果达到最优,H₂S吸附时间可达130 min。表征结果显示两种方法中改性剂在低温条件下均有CuO生成,在高温条件下,CuO会发生还原反应生成Cu2O和单质Cu。为了使秸秆炭更具实用价值,将其加入CMC粘结剂进行成型研究。结果表明,在成型压力为20 MPa、成型温度为250℃、CMC添加量为20%时样品脱硫效果最佳,吸附时间可达50 min,成型强度可达29 N·cm-2。成型后样品中孔结构基本保持不变,秸秆炭表面的官能团无明显改变,可以进行工业化生产应用。