氯化钙对棉秆炭理化性质的影响

doi:10.3969/j.issn.1673-5854.2021.03.006

生物质化学工程 ›› 2021, Vol. 55 ›› Issue (3): 35-41.doi: 10.3969/j.issn.1673-5854.2021.03.006

氯化钙对棉秆炭理化性质的影响

代镜涛¹^,², 杨瑛¹^,²^,*(), 王丽娜¹^,²

1. 塔里木大学机械电气化工程学院, 新疆阿拉尔 843300
2. 塔里木大学现代农业工程重点实验室, 新疆阿拉尔 843300

收稿日期:2020-10-09 出版日期:2021-05-30 发布日期:2021-05-20
通讯作者: 杨瑛 E-mail:591908603@qq.com
作者简介:杨瑛, 教授, 硕士生导师, 研究领域: 生物质资源化利用; E-mail: 591908603@qq.com
代镜涛(1994-), 男, 安徽宿州人, 硕士生, 主要从事生物质资源化研究
基金资助:
塔里木大学现代农业工程重点实验室开放课题(TDNG2020203)

Effect of CaCl₂on Physicochemical Properties of Cotton Straw Carbon

Jingtao DAI¹^,², Ying YANG¹^,²^,*(), Lina WANG¹^,²

1. College of Mechanical and Electrical Engineering, Tarim University, Alar 843300, China
2. The Key Laboratory of Modern Agricultural Engineering, Tarim University, Alar 843300, China

Received:2020-10-09 Online:2021-05-30 Published:2021-05-20
Contact: Ying YANG E-mail:591908603@qq.com

摘要/Abstract

摘要：

以棉花秸秆（棉秆）为原料，研究了不同温度下添加无水氯化钙对热解产物棉秆炭理化特性的影响。通过同步热分析（TG/DSC）、X射线衍射（XRD）、拉曼光谱（Raman）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）和N₂吸附-脱附分析表征了其微观形貌和结构。TG分析显示热解温度达到500 ℃后，样品失重较少，故选择550~750 ℃为热解温度范围；试验结果表明直接热解和氯化钙活化这两种热解法制备的样品均是无定形炭结构，在550~750 ℃时，直接热解法制备的样品拉曼分析参数I_D/I_G约为0.93，最大比表面积2.09 m²/g，最大平均孔径为7.21 nm，氯化钙活化法制备样品I_D/I_G约为0.85，最大比表面积487.68 m²/g，最大平均孔径为5.97 nm。活化法制备的样品在石墨化程度、比表面积大小、孔径数量等方面优于直接热解法制得的样品，而直接热解法制得的样品孔径较大、无序化程度高、稳定性较好。

关键词: 棉秆炭, 直接热解法, 活化热解法

Abstract:

The effects of anhydrous calcium chloride on the physicochemical properties of cotton straw based porous biochar were studied with cotton straw as raw material under different temperature. The morphology and structure were characterized by simultaneous thermal analysis(TG-DSC), X-ray diffraction(XRD), Raman spectroscopy(Raman), scanning electron microscopy(SEM), transmission electron microscopy(TEM) and N₂ adsorption-desorption analysis. The TG results showed when the pyrolysis temperature reached 500 ℃, the weight loss of the samples was less, so 550-750 ℃ was selected as the pyrolysis temperature range. The experimental results showed that the samples prepared by the two pyrolysis methods(direct pyrolysis and CaCl₂ activation) were amorphous carbon structure. During 550-750 ℃, for direct pyrolysis, the I_D/I_G values of Roman analysis were about 0.93, the maximum specific surface area was 2.09 m²/g and the average pore size was 7.21 nm; for CaCl₂ activation, the I_D/I_G values were about 0.85, the maximum specific surface area was 487.68 m²/g and the average pore size was 5.97 nm. And the samples prepared by the activation method are better than the samples prepared by the direct pyrolysis method in the degree of graphitization, specific surface area and pore size, while the samples prepared by the direct pyrolysis method had larger pore size, high degree of disorder and good stability.

Key words: cotton straw carbon, direct pyrolysis, activation pyrolysis

中图分类号:

TQ35
TQ424

代镜涛, 杨瑛, 王丽娜. 氯化钙对棉秆炭理化性质的影响[J]. 生物质化学工程, 2021, 55(3): 35-41.

Jingtao DAI, Ying YANG, Lina WANG. Effect of CaCl₂on Physicochemical Properties of Cotton Straw Carbon[J]. Biomass Chemical Engineering, 2021, 55(3): 35-41.

图/表 10

图1

图2

表1

图3

表2

图4

图5

图6

图7

表3

参考文献 15

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样品 sample	晶面间距/nm interplanar distance	2θ/°
ZMC-550	0.38704	22.96
ZMC-650	0.38670	22.98
ZMC-750	0.38604	23.02
HMC-550	0.38670	22.98
HMC-650	0.38571	23.04
HMC-750	0.38415	23.08

样品sample	I_D	I_G	I_D/I_G
ZMC-550	316.0	341.5	0.93
ZMC-650	384.5	419.0	0.92
ZMC-750	254.5	275.0	0.93
HMC-550	8140.12	9771.27	0.83
HMC-650	11368.80	11712.90	0.97
HMC-750	6914.06	9421.69	0.74

样品 sample	比表面积/(m²·g^-1) specific surface area	平均孔径/nm average pore size	总孔容/(cm³·g^-1) tatal pore volume	微孔体积/(cm³·g^-1) micropore volume
ZMC-550	1.89	6.88	0.003246	0.000427
ZMC-650	2.09	7.21	0.003811	0.000429
ZMC-750	1.72	3.63	0.001559	0.001270
HMC-550	447.97	5.94	0.663802	0.136
HMC-650	487.68	5.97	0.665685	0.147
HMC-750	387.77	5.45	0.578407	0.118

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