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纳米生物炭的制备方法比较及其特性研究

李琪瑞  许晨阳  耿增超  王春丽  
【摘要】:[目的]由于尺寸效应,纳米生物炭颗粒(直径小于100nm)具有更强的吸附和迁移能力,使其成为一种潜在的高效环境修复材料。然而,关于纳米生物炭制备条件、理化特性和稳定性的研究有限,在一定程度上限制了其广泛应用。本研究通过探究不同的纳米生物炭提取方法以及对产物物化性质进行表征来比较制备方法、物料来源和热解温度对纳米生物炭性质及稳定性的影响。[方法]以玉米秸秆、花生秸秆和果木枝条等常见农林废弃物为原料,在350~550°℃条件下热解制得五种本体生物炭;采用离心法、球磨法、球磨+离心法三种实验方法提取纳米生物炭,进而对本体生物炭和纳米生物炭(代指球磨法和球磨+离心法生物炭得到的小颗粒)的比表面积、元素含量、矿物组成和表面化学性质等进行比较。[结果]与本体生物炭相比,球磨法制备的纳米生物炭比表面积增大1.36~6.94倍,但产物未达到纳米级,且在水体中稳定性较弱;球磨+离心法制备的纳米生物炭直径为70~103 nm,在水体中稳定性强,但比表面积小;离心法制备的纳米生物炭各项指标均不如其它两种方法。球磨法以及球磨+离心法制备的纳米生物炭产率为2.27%~34.8%,且产率随温度的升高而降低。与本体生物炭相比,纳米生物炭含有更多的羟基等含氧官能团和更少的脂肪碳链。与果木枝条制备的生物炭相比,玉米和花生秸秆来源的纳米生物炭产率高,但其水稳性较差,易发生凝聚。果木枝条来源的纳米生物炭水稳性强,且碳酸盐等碱性矿物含量丰富。[结论]不同方法制备得到的纳米生物炭优缺点各异:通过球磨法制备的纳米生物炭比表面积更大;球磨+离心法制备的玉米和花生秸秆纳米生物炭的产率更高;低温热解果木炭提取的纳米生物炭水稳性更强。

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