生物炭动态

2024-01-23 13:57

生物质焦油聚合改性制备储能材料：机理、性能和应用

摘要

焦油作为秸秆等生物质热解炭化过程中的副产物，难以处理且对环境和人类健康存在威胁。同时，焦油具有碳含量高、灰分含量低、易聚合等特点，适于调控合成多孔碳材料，但焦油组分复杂，聚合成炭机理和孔隙调控规律不清。基于此，本研究提出焦油聚合协同活化掺氮制备多孔储能碳材料的合成策略，构建了尿素与KOH耦合活化体系，并通过对比试验揭示焦油合成多孔碳的反应机理和调控路径。结果表明，与单独活化相比，尿素和KOH的一步双活化对氮元素掺杂和微介孔形成发挥了重要作用，碳材料的氮含量高达4.08%、比表面积达1298.26m²·g^-1，介孔含量为25%。通过一步双活化制备的炭材料表现出优异的电化学性能，在三电极体系下最高比电容为309.5F·g^-1，在两电极对称体系中循环10000次后，单极比电容仍保持80.1%的循环特性。此外，在不考虑设备投资和人工成本的情况下，采用一步双活化策略处理焦油每公斤可以产生1.64~2.38美元的利润。本研究为废弃生物质热解焦油的高价值利用提供了新的视角。

图1 图文摘要

图2 焦油一步双活化聚合反应路径

结论

尿素与KOH的协同作用有利于焦油聚合过程中氮元素的掺入和孔隙形成。

采用焦油制备的碳材料表现出优异的电化学性能，在三电极体系中最高电容为309.5F·g^-1。

采用一步双活化策略制备焦油基多孔碳储能材料可以产生可观的经济效益。

用于高效和高选择性去除废水中磷的多孔蜂窝状软木塞生物炭

摘要

本研究利用家具厂产生的软木废料制备了具有丰富蜂窝结构的镧-碳复合吸附剂（LCB），用于高效吸附废水中过量的磷（P）。该吸附剂只需一步原位沉淀法即可制备成功，大大简化了合成过程。动力学研究表明，当废水的初始浓度为10 mg P L^-1时，水中的磷可在20分钟内被完全吸附。与之前的研究相比，磷的吸附效率明显提高。当污染物的初始浓度和吸附剂LCB的用量分别为20 mg P L^-1和0.5 g L^-1时，在pH值为3-10的范围内，磷的去除率均超过99%，且LCB的金属浸出量在标准限值以下，这表明LCB具有广泛的适用性。此外，经过九次吸附-解吸循环后，LCB对磷的吸附量依然可以达到初始值的82.4%，表明LCB的稳定性高，可广泛应用于不同的水环境中。因此，LCB是一种处理含磷废水的有前途的材料。

图文摘要

结论

负载物在软木塞的蜂窝状孔隙结构中均匀生长，说明软木塞可以作为一种优良的载体材料。

经KOH活化后，软木塞生物炭的比表面积增加近30倍，这可为提高材料的比表面积提供参考价值。

LCB可以高效和高选择性地去除废水中过量的磷。

LCB对大肠杆菌具有良好的抑制作用，在去除废水中磷的同时还可用于提升水质。

吸磷剂LCB具有广泛的应用前景，有望在实际水体中实现大范围应用。

碳质材料在高级氧化耦合工艺降解废水中有机污染物的作用和机制

摘要

随着经济的快速发展，由有机污染物造成的水环境危害已经引起了人们的关注。通过传统方法去除有机污染物可能存在降解周期长、能耗高以及存在二次污染等问题。高级氧化工艺（AOPs）作为一种新兴技术具有高效、强氧化性等优点，被认为是处理有机废水最有潜力的技术之一。然而，单一AOPs可能存在有机污染物矿化不完全，以及降解过程中可能产生有毒性中间体等缺点。故寻求高效、绿色的处理技术对有机废水的处理是至关重要的。

研究表明，耦合不同的AOPs或其他过程有利于提高污染物的矿化率，并可降低其对环境的潜在生态环境风险。近年来，碳质材料（CMs）因其良好的导电性、无金属浸出等优点在提高高级氧化耦合工艺（C-AOPs）的协同机制方面也得到了广泛应用。但目前基于CMs的C-AOPs降解有机污染物的作用和协同机制仍有诸多问题尚未得到有效解决。

为了更好地掌握CMs在C-AOPs降解废水中有机污染物的作用和机制，推动其在水环境中有机污染物治理方面的应用，本综述首先对不同CMs在C-AOPs中的应用进行了总结。然后探讨了基于CMs的C-AOPs的协同作用机制，并分析了基于CMs的C-AOPs的毒性评估方法及其重要性。最后提出了C-AOPs未来的研究趋势以及建议。通过将目前常用的几种耦合工艺（光催化耦合生物降解、臭氧化耦合生物降解、光催化耦合过硫酸盐、超声耦合芬顿氧化等）与单一工艺相比发现，C-AOPs可以更好地减少有毒中间体的产生并提高有机污染物的矿化率。此外，CMs在C-AOPs中可以作为催化剂或催化剂载体，使催化剂的催化活性、活性位点以及活性氧物质的产生得以提高，并促进有机污染物的多种途径降解（自由基/非自由基氧化、介导的电子转移以及空穴氧化等），进而增强C-AOPs的协同效应。总之，基于CMs的C-AOPs对有机废水中污染物的降解具有巨大的应用潜力，未来C-AOPs的发展可以聚焦其在实际环境条件下的适应性、安全性、稳定性以及中试规模下的经济评估等方面。