硅藻土中生物质炭化的矿物表面效应

This subject to minerals and biomass of symbiotic diatomite as the research object, by cracking coking carbonization and hydrothermal carbonization method for preparing biomass carbon composite material.To explore the different carbonization process and carbonization conditions, carbonization rate, carbon yield, various mineral diatomite on biomass carbonization carbon yield and its structure and properties.Starting with the interaction between single minerals and biomass project research from diatomite associated, in various stages of opal, clay, quartz and carbonate mineral surface structure, composition and biomass carbonization product and its state basis, to explore the influence of minerals and biomass interface and its effect on biomass carbon structure, morphology, and the degree of graphitization surface physical and chemical properties.Find out the relationship between fossil and biomass carbonization intermediates, to explore the effects of mineral surface carbonization of biomass conversion, so as to explore the amorphous silica minerals and mineral crystallinity on biomass cracking coking carbonization and hydrothermal carbonization condition influence mechanism of preparing biomass carbon.For the biomass carbon materials and mineral coexistence controllable preparation develop new ideas.For the efficient use of fossil and biomass to produce a new mineral composite carbon material and provide scientific evidence for the coexistence of resources.Research results also have to other preparation of new carbon materials and optimization of the play in the process of promoting effect of mineral foundation.

本项立题以矿物与生物质共生的硅藻土为研究对象，采用裂解炭化与水热炭化方式制备生物质碳复合材料。探讨不同炭化方式和炭化条件下，硅藻土中各种矿物对生物质炭化速率、碳产率及其结构与性能的影响。项目研究从硅藻土中伴生的单一矿物与生物质之间的相互作用入手，在分析蛋白石、粘土、石英和碳酸盐矿物的表面结构、组成和生物质炭化各阶段产物及其状态基础上，探索矿物与生物质界面效应及其对生物质碳的结构、形貌、部分石墨化程度和表面物理化学性能的影响，查清矿物与生物质炭化中间产物之间的相互关系，探寻生物质炭化转变的矿物表面效应，由此探讨非晶态硅质矿物和结晶性矿物对生物质裂解炭化与水热炭化条件下制备生物质碳的影响机制，为矿物共存的生物质碳材料可控制备拓展了新思路，为高效利用矿物与生物质共存资源制备新型矿物复合碳材料提供科学论据。研究成果也将对其他新型碳材料制备与优化过程中发挥矿物的促进作用奠定理论基础。

课题《硅藻土中生物质炭化的表面效应》旨在探讨矿物与生物质共存体系中，生物质炭化受到矿物表面结构与性能影响的规律以及生物质炭化反应对矿物物相以及结构的影响。探讨碳的存在对铝硅酸盐合成过程及其产物的影响。由于自然界的硅藻土往往与粘土、石英和长石等伴生，因此，自2015年至今已经针对硅藻土、蛋白石、高岭石、地开石、蒙脱石和伊利石等矿物与生物质共存体系，探讨了水热炭化和热解炭化两种炭化体系中各组分的结构和性能转变特征与想混影响规律。以吉林长白硅藻土、内蒙高烧失量硅藻土、嫩江蛋白石、高岭石、地开石、蒙脱石和伊利石为矿物基质，采用羟丙甲基纤维素、蔗糖、壳聚糖和柳树叶等为生物质进行表面复合、粘土矿物插层，探讨有机组分的插层、对矿物剥离和炭化对其物理化学性能的影响。研究结果证实，在水热炭化过程中，矿物的存在能够改变生物质炭化的中间产物种类，影响炭化速率，并使炭化产物的颗粒大小和形态发生变化，不同种矿物作用不同。在热解炭化过程中，生物质存在可改变矿物相变温度、物相组成。对伴生热解碳的非晶态二氧化硅体系（如粉煤灰、煤气化渣等），碳的存在对合成硅质产物结构与性能可产生影响，特别是能够显著改变产物形成的速率。该课题研究成果为矿物与生物质或碳共存体系的转变影响规律提供认识基础与依据。课题进行期间，有2名博士、5名硕士和四名本科生参加工作，直至目前，已公开发表研究论文20篇，其中SCI期刊19篇，授权国家发明专利3项。