【摘 要】
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梁山慈竹（Dendrocalamus farinosus）是西南地区主要经济竹种,以梁山慈竹制备的生物炭具有优于木炭的优良孔隙结构,利用梁山慈竹新种质资源制备高性能炭材料,符合我国“以竹代木”的环保发展战略方针。水热制炭技术多用于官能团丰富的高性能炭,其应用已十分广泛。以竹材作为原料的水热炭开发目前仍鲜有报道。本文利用本实验室前期培育的不同基因型梁山慈竹为原料,深入研究竹材作为水热炭原料的可行性与
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梁山慈竹（Dendrocalamus farinosus）是西南地区主要经济竹种,以梁山慈竹制备的生物炭具有优于木炭的优良孔隙结构,利用梁山慈竹新种质资源制备高性能炭材料,符合我国“以竹代木”的环保发展战略方针。水热制炭技术多用于官能团丰富的高性能炭,其应用已十分广泛。以竹材作为原料的水热炭开发目前仍鲜有报道。本文利用本实验室前期培育的不同基因型梁山慈竹为原料,深入研究竹材作为水热炭原料的可行性与选择依据。本文对7种原料进行热重分析,发现相同温度下不同基因型竹材热解程度具显著差异,结合前人研究结果,发现这一结果主要由组分差异造成。低温下热解条件下（180℃-300℃）,纤维素/木质素越高,热解反应越剧烈,质量损失越大,原因是纤维素热解温度较低,约为240℃;而木质素热解温度约为300℃。以梁山慈竹栽培型（ZPX）为原料,自180℃-300℃,探究最佳水热温度。由多种表征结果发现:随温度上升,水热炭理化特性改变。（1）碳微球大量生成,同时伴随严重团聚现象。（2）碳微球沿骨架生长,逐渐包裹骨架。（3）孔隙由外向内发育,最终形成珊瑚状水热炭。（4）官能团种类减少。（5）C含量上升,O含量下降。（6）产率下降。220℃下制备的水热炭具最大比表面积及最小平均孔径,且呈现对铀（Ⅵ）的最佳吸附效果。据此,本文认为梁山慈竹水热炭最佳制备温度为220℃。在最佳水热温度下,制备以不同基因型梁山慈竹为原料的水热炭（ZPX-220,214-220,215-220,30-A-220,52-B-220）,并表征分析。表征结果表明:（1）随纤维素/木质素上升,碳微球团聚现象愈发严重,对已形成的孔隙结构产生封堵效果。（2）纤维素/木质素越低,丝状骨架结构越明显。（3）孔隙结构中,52-B-220具最大比表面积及最大孔容。（4）相同工艺制备的五种水热炭皆具有相同官能团。（5）吸附对比结果显示,52-B-220吸附效果最佳。本文认为52-B为最佳竹基水热炭原材料。探究pH、投料量、吸附时间、温度、初始浓度等因素对不同基因型梁山慈竹水热炭吸附U（Ⅵ）的影响。（1）结果显示最佳溶液p H为5。（2）达到最大去除率（90%）的投料量大部分为0.16g,而52-B-220为0.08g。（3）吸附平衡出现在6h左右,以化学吸附为主。（4）ZPX-220与52-B-220遵循多层吸附过程;214-220,215-220,30-A-220遵循单层吸附过程。（5）热力学显示,所有材料吸附反应均为自发反应。52-B-220为吸附性能最佳的水热炭。综上,以不同基因型梁山慈竹为原料制备水热炭,随材料的纤维素/木质素比决定水热炭吸附性能,其原因可能是:新形成的碳微球由于团聚现象对已形成的孔隙结构产生封堵,导致比表面积下降,致使吸附性能下降。220℃制备为竹基水热炭最佳制备温度。52-B为最佳竹基水热炭原料。本文的研究结果证明了梁山慈竹可以作为新的高性能炭原料,探讨了不同基因型梁山慈竹的水热制炭工艺,为梁山慈竹种质资源的应用探索了新的方向。
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