【污泥生物炭的研究现状综述1800字】

污泥生物炭的研究现状综述目录TOC\o"1-2"\h\u3877污泥生物炭的研究现状综述 1129811.1直接热解炭化法 1289191.2微波热解法 2316271.3水热炭化法 228691.4污泥改性 2吸附法适合于水体中低浓度金属离子去除，适合于铜离子的去除,操作简单，原料易得，用污泥制作吸附材料需要用到污泥热解技术，污泥热解技术是本文使用的生物炭制作技术。这种方法可以达到污泥减量化、无害化、资源综合利用的目的。目前制备污泥生物炭的方法有很多，多用热裂解法、微波热解法和水热碳化法。不同的热解条件下制得的生物炭结构和功能有着很大的差异，已有的研究显示，热解的工艺条件灵活多样，可以调整来提高生物炭的产出，同时减少生产中的污染物[21]。污泥在中高温的限氧环境中，其中不同碳氢比例的有机物被热解，产生生物炭和热解气，控制热解条件可以得到不同的产物。500℃以下为低温热解，800℃以上为高温热解。污泥热解过程有机大分子裂解成小分子，小分子发生聚合。200℃以下即可去除水和可挥发成分；200-400℃有机物分解和轻挥发物挥发；400-600℃重挥发物分解；达到600℃后主要是无机物的分解[22]。污泥生物炭的产率一般会根据热解温度的变化而变化，温度越高产率越低，温度越低产率越高，这主要是因为污泥中的挥发性组分会随着热裂解的温度升高而不断逸出。1.1直接热解炭化法直接热解法需在低氧或无氧环境下，污泥受热直接热解的方法，该方法可操作性强。不同温度污泥热解速度不同，300℃慢速裂解，400℃中速裂解，500℃以上为快速裂解，更快的速度需要更高温度，但是高温会因污泥中可挥发组分的挥发而使生物炭的产率降低。直接热解的具体操作是将粉碎、干燥后的污泥在热解炉中以固定速率升温后恒温裂解，热解得到的固体产物即为污泥生物炭[22]。常规热解法的特点是需预先在炉内通入惰性气体，预先将污泥进行干燥，但是热解过程中气体挥发，气味重、热解炉不易清洗、污泥脱水困难、热解炉传热效率较低、污泥在炉内停留时间长、反应耗能大、加热不均；产物的孔隙率不发达、产率低、有机官能团含量低。1.2微波热解法微波热解法[23]是利用污泥吸收微波产生热量从而起到加热效果的方法，微波中的能量使污泥分子在离子传导效应和偶极化效应下产生高频运动而摩擦产生大量热量，能量的利用率很高，加热均匀，热解效率高，产生有害气体少。微波热解以450℃为界限分为低温热解和高温热解，不同温度下热解产生的污泥生物炭的性质不同。除温度外，还能通过控制反应条件，如添加微波吸收剂增加污泥对微波的吸收。用这种方法制作的生物炭有丰富的孔隙结构，比表面积大、产率高。且操作简单，不用预先对污泥进行脱水。但是微波辐射不可避免，且反应容器容积小，制作成本较高。1.3水热炭化法水热炭化法[24,25]是低温环境下的工艺，在密闭条件下，可以直接将未预先脱水处理的污泥进行加热发生炭化反应。加热过程中污泥中的水分蒸发增大了密闭环境的压强使污泥在高压环境中发生炭化反应。这种方法反应条件便于控制，操作简单，且省去了污泥脱水的步骤，反应温度低，节约能源，但是制得的生物炭稳定性差、孔隙率低、有机物含量高，不过因为反应温度低，生物炭表面的含氧官能团被保留、亲水性高，所以吸附性能优异，但是存在炭化污染物的环境污染风险。1.4污泥改性污泥生物炭的孔隙结构和官能团数量有限使吸附性能受限，通过污泥改性可以提高污泥生物炭的孔隙度，增加表面积，增加表面官能团数量，提高吸附位点数量，从而提高对重金属的吸附能力。常用的污泥生物炭改性方法有物理法、化学法等，化学改性中常用酸改性、碱改性、浸渍法改性[23]等，改性方法可以联合使用[26]。用酸性溶液对污泥生物炭进行改性可以去除污泥中的杂志，改变污泥的元素比重，增加污泥的孔径，增大生物炭的比表面积，在生物炭表面形成不同官能团，可以与吸附离子相互作用，从而增强污泥的吸附效果。常用的酸改性试剂有盐酸、硝酸、磷酸等。碱改性是用金属氢氧化物溶液对污泥进行浸泡，由于碱的腐蚀作用，污泥中产生了更多的孔隙结构和含氧的官能团如羧基，羟基等，孔隙结构增强吸附作用的同时，含氧官能团可以通过提供质子交换来增强吸附能力。浸渍法改性多用金属盐溶液，多数使用金属氯化物进行改性[27]，改性方法可以先浸渍再炭化，也可先炭化再浸渍。改性后的生物炭同样是提高了比表面积以及增加了金属氧化物从而提高了