基于玉米秸稈的復(fù)合炭材料：制備工藝、脫硫性能與機(jī)理研究一、引言1.1研究背景隨著全球工業(yè)化進(jìn)程的加速，環(huán)境污染問(wèn)題日益嚴(yán)重，其中大氣污染尤其是含硫廢氣的排放，對(duì)生態(tài)環(huán)境和人類健康造成了巨大威脅。在眾多含硫廢氣中，硫化氫（H_2S）是一種具有強(qiáng)烈刺激性氣味、高毒性且腐蝕性強(qiáng)的氣體，廣泛存在于石油煉制、天然氣開(kāi)采、煤化工、垃圾處理以及污水處理等行業(yè)。例如，在石油煉制過(guò)程中，原油中的有機(jī)硫化物會(huì)在加工過(guò)程中轉(zhuǎn)化為H_2S釋放到廢氣中；在垃圾填埋場(chǎng)，有機(jī)物的厭氧分解也會(huì)產(chǎn)生大量的H_2S。H_2S不僅會(huì)導(dǎo)致設(shè)備腐蝕、催化劑中毒，降低生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，更重要的是，它對(duì)人體的呼吸系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)等會(huì)造成嚴(yán)重?fù)p害，長(zhǎng)期暴露在低濃度H_2S環(huán)境中，會(huì)引起頭痛、頭暈、乏力等癥狀，而高濃度的H_2S甚至可能導(dǎo)致人員急性中毒死亡。此外，H_2S排放到大氣中還會(huì)參與酸雨的形成，進(jìn)一步破壞生態(tài)平衡。因此，高效脫除H_2S等含硫廢氣已成為環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)和迫切需求。與此同時(shí)，農(nóng)作物秸稈作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主要廢棄物之一，其產(chǎn)量巨大且分布廣泛。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)每年玉米秸稈的產(chǎn)量可達(dá)數(shù)億噸。長(zhǎng)期以來(lái)，大量玉米秸稈由于缺乏有效的處理和利用途徑，要么被直接焚燒，要么隨意丟棄。直接焚燒玉米秸稈不僅造成了嚴(yán)重的空氣污染，釋放出大量的顆粒物（如PM_{10}、PM_{2.5}）、二氧化硫（SO_2）、氮氧化物（NO_x）等污染物，加劇霧霾天氣的形成，危害人體健康，還浪費(fèi)了其中蘊(yùn)含的大量生物質(zhì)資源。而隨意丟棄的玉米秸稈在自然環(huán)境中分解緩慢，不僅占用大量土地資源，還可能導(dǎo)致水體污染和病蟲(chóng)害滋生。近年來(lái)，隨著環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)和可持續(xù)發(fā)展理念的深入人心，對(duì)玉米秸稈等農(nóng)業(yè)廢棄物的資源化利用研究受到了廣泛關(guān)注。將玉米秸稈轉(zhuǎn)化為具有高附加值的材料，不僅可以解決秸稈的處理難題，減少環(huán)境污染，還能實(shí)現(xiàn)資源的循環(huán)利用，創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益。其中，制備玉米秸稈復(fù)合炭材料作為一種新興的秸稈資源化利用方式，展現(xiàn)出了巨大的潛力。玉米秸稈復(fù)合炭材料具有豐富的孔隙結(jié)構(gòu)、較大的比表面積以及獨(dú)特的表面化學(xué)性質(zhì)，這些特性使其在吸附、催化等領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。通過(guò)合理的制備工藝和改性方法，可以進(jìn)一步優(yōu)化其結(jié)構(gòu)和性能，使其具備高效脫硫的能力。利用玉米秸稈制備復(fù)合炭材料用于脫硫，既為玉米秸稈的資源化利用開(kāi)辟了新途徑，又為解決含硫廢氣污染問(wèn)題提供了一種綠色、經(jīng)濟(jì)的解決方案。因此，開(kāi)展玉米秸稈復(fù)合炭材料制備及脫硫應(yīng)用研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和廣闊的應(yīng)用前景。1.2研究目的與意義本研究旨在利用玉米秸稈這一豐富的農(nóng)業(yè)廢棄物，通過(guò)特定的制備工藝將其轉(zhuǎn)化為具有高效脫硫性能的復(fù)合炭材料，并深入研究該材料在脫硫領(lǐng)域的應(yīng)用，具體目的如下：實(shí)現(xiàn)玉米秸稈的資源化利用：通過(guò)創(chuàng)新性的技術(shù)手段，將玉米秸稈轉(zhuǎn)化為具有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的復(fù)合炭材料，減少其因焚燒或丟棄造成的資源浪費(fèi)和環(huán)境污染，為農(nóng)業(yè)廢棄物的處理開(kāi)辟新的路徑。開(kāi)發(fā)高效脫硫材料：探索制備工藝參數(shù)對(duì)玉米秸稈復(fù)合炭材料結(jié)構(gòu)和性能的影響規(guī)律，通過(guò)優(yōu)化制備工藝和改性方法，提高復(fù)合炭材料的比表面積、孔隙率以及表面活性位點(diǎn)數(shù)量，增強(qiáng)其對(duì)含硫氣體的吸附和催化能力，從而開(kāi)發(fā)出一種高效、低成本的脫硫材料。揭示脫硫機(jī)理：借助先進(jìn)的表征技術(shù)和分析方法，深入研究玉米秸稈復(fù)合炭材料與含硫氣體之間的相互作用機(jī)制，明確脫硫過(guò)程中的物理吸附和化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，揭示其脫硫機(jī)理，為脫硫材料的進(jìn)一步優(yōu)化和應(yīng)用提供理論依據(jù)。推動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展：本研究成果的應(yīng)用有望促進(jìn)農(nóng)業(yè)廢棄物資源化利用產(chǎn)業(yè)和環(huán)保脫硫產(chǎn)業(yè)的協(xié)同發(fā)展，形成新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)，為解決農(nóng)村地區(qū)的就業(yè)問(wèn)題和推動(dòng)鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略實(shí)施提供有力支持。本研究具有重要的理論和實(shí)際意義，具體表現(xiàn)為：理論意義：玉米秸稈復(fù)合炭材料作為一種新型的生物質(zhì)基材料，其制備和脫硫應(yīng)用涉及到材料科學(xué)、化學(xué)工程、環(huán)境科學(xué)等多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域。本研究將深入探討其制備過(guò)程中的物理化學(xué)變化規(guī)律，以及在脫硫過(guò)程中的吸附、催化等作用機(jī)制，豐富和完善生物質(zhì)基材料在環(huán)境領(lǐng)域的應(yīng)用理論，為相關(guān)學(xué)科的發(fā)展提供新的研究思路和方法。實(shí)際意義：從環(huán)境保護(hù)角度來(lái)看，高效脫硫材料的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用有助于減少含硫廢氣的排放，降低酸雨、霧霾等環(huán)境污染問(wèn)題的發(fā)生，保護(hù)生態(tài)環(huán)境和人類健康。同時(shí)，通過(guò)實(shí)現(xiàn)玉米秸稈的資源化利用，減少了秸稈焚燒對(duì)大氣環(huán)境的污染，具有顯著的環(huán)境效益。從資源利用角度來(lái)看，將玉米秸稈轉(zhuǎn)化為高附加值的復(fù)合炭材料，實(shí)現(xiàn)了資源的循環(huán)利用，提高了資源利用效率，減少了對(duì)傳統(tǒng)化石資源的依賴，符合可持續(xù)發(fā)展的理念。從經(jīng)濟(jì)發(fā)展角度來(lái)看，本研究成果的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用將帶動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，創(chuàng)造更多的就業(yè)機(jī)會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益，推動(dòng)地方經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。1.3國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.3.1玉米秸稈復(fù)合炭材料制備研究在國(guó)外，對(duì)于利用玉米秸稈制備復(fù)合炭材料的研究開(kāi)展較早且成果豐碩。美國(guó)國(guó)家再生能源實(shí)驗(yàn)室嘗試?yán)糜衩捉斩捝a(chǎn)碳纖維，通過(guò)一系列復(fù)雜的工藝，從玉米秸稈中所含的糖分經(jīng)微生物作用生成3-羥基丙酸，再經(jīng)過(guò)后續(xù)步驟轉(zhuǎn)化成丙烯腈，最終有望制成碳纖維。這一研究不僅為玉米秸稈的高值化利用開(kāi)辟了新路徑，也為碳纖維的生產(chǎn)提供了一種潛在的、更為環(huán)保的原料來(lái)源。韓國(guó)的研究人員則聚焦于通過(guò)化學(xué)活化法，利用玉米秸稈制備高性能的活性炭材料。他們采用KOH等活化劑，在特定的溫度和時(shí)間條件下對(duì)玉米秸稈進(jìn)行處理，成功制備出具有高比表面積和豐富孔隙結(jié)構(gòu)的活性炭，該活性炭在氣體吸附、水處理等領(lǐng)域展現(xiàn)出良好的應(yīng)用潛力。國(guó)內(nèi)在這方面的研究也取得了顯著進(jìn)展。有研究團(tuán)隊(duì)利用磷酸浸泡結(jié)合微波活化玉米秸稈，制備高比表面的活性炭，其工藝具有簡(jiǎn)單、成本低廉的優(yōu)勢(shì)。具體過(guò)程為將玉米秸稈粉碎至一定目數(shù)，用一定濃度的磷酸溶液浸泡后，在微波爐中進(jìn)行多次短時(shí)間活化，制得的活性炭比表面積大，性能穩(wěn)定。還有學(xué)者通過(guò)熱解技術(shù)，對(duì)玉米秸稈進(jìn)行無(wú)氧或有氧熱解，深入探究熱解參數(shù)如溫度、升溫速率、熱解時(shí)間等對(duì)生物炭產(chǎn)率和質(zhì)量的影響，通過(guò)優(yōu)化熱解參數(shù)，成功制備出具有特定理化性質(zhì)的玉米秸稈生物炭，為其后續(xù)在農(nóng)業(yè)、環(huán)境等領(lǐng)域的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。例如，在無(wú)氧熱解工藝中，精確控制熱解溫度在500-700℃之間，升溫速率為5-10℃/min，熱解時(shí)間為1-2小時(shí)，可以得到產(chǎn)率較高且品質(zhì)優(yōu)良的生物炭，其富含碳元素，具有較好的吸附性能和穩(wěn)定性。1.3.2復(fù)合炭材料脫硫應(yīng)用研究在脫硫領(lǐng)域，復(fù)合炭材料憑借其獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì)，逐漸成為研究熱點(diǎn)。國(guó)外的一些研究重點(diǎn)關(guān)注復(fù)合炭材料的脫硫機(jī)理和性能優(yōu)化。例如，有研究通過(guò)實(shí)驗(yàn)和理論計(jì)算相結(jié)合的方式，深入探討了碳材料表面官能團(tuán)、孔隙結(jié)構(gòu)與硫化物分子之間的相互作用機(jī)制，發(fā)現(xiàn)碳材料表面的含氧官能團(tuán)如羧基、羥基等能夠通過(guò)化學(xué)吸附作用與H_2S發(fā)生反應(yīng)，促進(jìn)脫硫過(guò)程，而合適的孔隙結(jié)構(gòu)則有利于硫化物分子的擴(kuò)散和吸附，從而提高脫硫效率。在此基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)碳材料進(jìn)行表面改性和孔結(jié)構(gòu)調(diào)控，顯著提升了其脫硫性能。國(guó)內(nèi)在復(fù)合炭材料脫硫應(yīng)用研究方面也成果斐然。有研究制備了負(fù)載金屬氧化物（如MnO_x、Fe_2O_3等）的玉米秸稈基復(fù)合炭材料用于脫硫。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，負(fù)載金屬氧化物后，復(fù)合炭材料的脫硫性能得到大幅提升。這是因?yàn)榻饘傺趸锞哂辛己玫拇呋钚?，能夠加速H_2S的氧化反應(yīng)，使其轉(zhuǎn)化為單質(zhì)硫或硫酸鹽等易于脫除的物質(zhì)，同時(shí)金屬氧化物與玉米秸稈基炭材料之間的協(xié)同作用，進(jìn)一步增強(qiáng)了材料對(duì)H_2S的吸附和轉(zhuǎn)化能力。還有研究人員開(kāi)發(fā)了一種新型的復(fù)合炭材料脫硫劑，通過(guò)將多種具有脫硫活性的成分復(fù)合在玉米秸稈炭材料上，實(shí)現(xiàn)了對(duì)多種含硫廢氣的高效脫除，且該脫硫劑具有較好的再生性能，經(jīng)過(guò)多次再生后仍能保持較高的脫硫效率，為工業(yè)含硫廢氣的治理提供了新的技術(shù)方案。1.4研究?jī)?nèi)容與方法1.4.1研究?jī)?nèi)容玉米秸稈復(fù)合炭材料的制備：以玉米秸稈為主要原料，研究不同的預(yù)處理方法，如粉碎、干燥、化學(xué)處理等對(duì)秸稈結(jié)構(gòu)和成分的影響。探索熱解、活化等制備工藝參數(shù)，包括熱解溫度、升溫速率、活化劑種類及用量、活化時(shí)間等對(duì)復(fù)合炭材料結(jié)構(gòu)和性能的影響規(guī)律。通過(guò)單因素實(shí)驗(yàn)和正交實(shí)驗(yàn)等方法，優(yōu)化制備工藝，確定最佳的制備條件，以獲得具有高比表面積、豐富孔隙結(jié)構(gòu)和良好化學(xué)穩(wěn)定性的玉米秸稈復(fù)合炭材料。例如，在熱解溫度的研究中，設(shè)置不同的溫度梯度，如400℃、500℃、600℃等，研究溫度對(duì)復(fù)合炭材料產(chǎn)率、比表面積和孔隙結(jié)構(gòu)的影響，分析不同溫度下熱解反應(yīng)的進(jìn)行程度以及產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)變化，從而確定最適宜的熱解溫度范圍。玉米秸稈復(fù)合炭材料的結(jié)構(gòu)與性能表征：運(yùn)用多種先進(jìn)的材料表征技術(shù)，如掃描電子顯微鏡（SEM）、透射電子顯微鏡（TEM）觀察復(fù)合炭材料的微觀形貌，包括顆粒大小、形狀、團(tuán)聚狀態(tài)以及孔隙結(jié)構(gòu)等；采用比表面積分析儀測(cè)定材料的比表面積、孔容和孔徑分布，了解材料的孔隙特性；利用X射線衍射儀（XRD）分析材料的晶體結(jié)構(gòu)和物相組成，確定材料中所含的晶體成分及其相對(duì)含量；通過(guò)傅里葉變換紅外光譜儀（FT-IR）檢測(cè)材料表面的官能團(tuán)種類和數(shù)量，分析表面化學(xué)性質(zhì)；使用熱重分析儀（TGA）研究材料的熱穩(wěn)定性，考察在不同溫度條件下材料的質(zhì)量變化情況以及熱分解過(guò)程。通過(guò)這些表征手段，全面了解玉米秸稈復(fù)合炭材料的結(jié)構(gòu)和性能特點(diǎn)，為其脫硫性能研究提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。玉米秸稈復(fù)合炭材料的脫硫性能研究：搭建模擬含硫廢氣的實(shí)驗(yàn)裝置，以硫化氫（H_2S）等典型含硫氣體為研究對(duì)象，考察玉米秸稈復(fù)合炭材料在不同條件下的脫硫性能。研究影響脫硫性能的因素，如溫度、氣體濃度、氣體流量、復(fù)合炭材料用量等對(duì)脫硫效率、穿透硫容和飽和硫容的影響規(guī)律。例如，在研究溫度對(duì)脫硫性能的影響時(shí)，設(shè)置不同的反應(yīng)溫度，如25℃、50℃、75℃等，在其他條件相同的情況下，測(cè)定復(fù)合炭材料在不同溫度下對(duì)H_2S的脫硫效率和硫容，分析溫度對(duì)脫硫反應(yīng)速率和平衡的影響機(jī)制。通過(guò)優(yōu)化脫硫反應(yīng)條件，提高復(fù)合炭材料的脫硫性能，確定最佳的脫硫工藝參數(shù)。玉米秸稈復(fù)合炭材料脫硫機(jī)理研究：借助X射線光電子能譜（XPS）、拉曼光譜（Raman）等分析手段，研究脫硫前后復(fù)合炭材料表面元素的化學(xué)狀態(tài)變化、官能團(tuán)的演變以及化學(xué)鍵的形成和斷裂情況，深入探討復(fù)合炭材料與含硫氣體之間的相互作用機(jī)制。結(jié)合熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析，建立脫硫反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)模型，揭示脫硫過(guò)程中的物理吸附和化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，明確脫硫反應(yīng)的速率控制步驟和反應(yīng)路徑。例如，通過(guò)XPS分析脫硫前后復(fù)合炭材料表面硫元素的化學(xué)態(tài)，確定H_2S在材料表面的吸附和反應(yīng)產(chǎn)物，結(jié)合Raman光譜分析材料結(jié)構(gòu)的變化，探討脫硫過(guò)程中化學(xué)鍵的變化和反應(yīng)機(jī)理。通過(guò)脫硫機(jī)理的研究，為進(jìn)一步優(yōu)化復(fù)合炭材料的脫硫性能提供理論指導(dǎo)。1.4.2研究方法實(shí)驗(yàn)研究法：通過(guò)設(shè)計(jì)一系列的實(shí)驗(yàn)，制備不同條件下的玉米秸稈復(fù)合炭材料，并對(duì)其進(jìn)行脫硫性能測(cè)試。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，嚴(yán)格控制實(shí)驗(yàn)變量，確保實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。例如，在制備復(fù)合炭材料時(shí)，精確控制原料的配比、制備工藝參數(shù)等；在脫硫性能測(cè)試中，準(zhǔn)確控制模擬含硫廢氣的組成、流量、溫度等條件。通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析和總結(jié)，得出制備工藝參數(shù)與復(fù)合炭材料結(jié)構(gòu)、性能之間的關(guān)系，以及脫硫性能與反應(yīng)條件之間的關(guān)系。表征分析法：運(yùn)用多種材料表征技術(shù)對(duì)玉米秸稈復(fù)合炭材料進(jìn)行全面的分析和表征。SEM和TEM用于觀察材料的微觀形貌，直觀了解材料的表面結(jié)構(gòu)和內(nèi)部孔隙情況；比表面積分析儀用于測(cè)定材料的比表面積、孔容和孔徑分布，從物理結(jié)構(gòu)角度分析材料的吸附性能；XRD用于確定材料的晶體結(jié)構(gòu)和物相組成，為材料的化學(xué)性質(zhì)研究提供基礎(chǔ)；FT-IR用于檢測(cè)材料表面的官能團(tuán)，分析材料的表面化學(xué)活性；TGA用于研究材料的熱穩(wěn)定性，了解材料在不同溫度下的化學(xué)變化。通過(guò)這些表征方法的綜合運(yùn)用，深入揭示玉米秸稈復(fù)合炭材料的結(jié)構(gòu)和性能特點(diǎn)，為脫硫性能研究和機(jī)理分析提供有力的技術(shù)支持。對(duì)比分析法：對(duì)比不同制備條件下玉米秸稈復(fù)合炭材料的結(jié)構(gòu)、性能以及脫硫效果，找出最佳的制備工藝和脫硫條件。例如，對(duì)比不同活化劑種類和用量制備的復(fù)合炭材料的比表面積、孔隙結(jié)構(gòu)和脫硫性能，分析活化劑對(duì)材料性能的影響規(guī)律；對(duì)比不同溫度、氣體濃度等條件下復(fù)合炭材料的脫硫效率和硫容，確定最適宜的脫硫反應(yīng)條件。同時(shí)，將玉米秸稈復(fù)合炭材料與其他傳統(tǒng)脫硫材料進(jìn)行對(duì)比，評(píng)估其在脫硫性能、成本、環(huán)保等方面的優(yōu)勢(shì)和不足，明確其在脫硫領(lǐng)域的應(yīng)用潛力和發(fā)展前景。二、玉米秸稈復(fù)合炭材料的制備2.1實(shí)驗(yàn)材料與設(shè)備2.1.1實(shí)驗(yàn)原料玉米秸稈：取自[具體產(chǎn)地]的農(nóng)田，挑選無(wú)明顯霉變、雜質(zhì)較少的玉米秸稈。該產(chǎn)地玉米種植廣泛，秸稈資源豐富，且當(dāng)?shù)胤N植環(huán)境和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式具有一定代表性，能保證原料的相對(duì)穩(wěn)定性和一致性。采集后的玉米秸稈在自然條件下風(fēng)干，去除表面的泥土、灰塵等雜質(zhì)，然后進(jìn)行粉碎處理，過(guò)[具體目數(shù)]篩，得到均勻的玉米秸稈粉末，備用?；罨瘎哼x用氫氧化鉀（KOH）作為活化劑，分析純，購(gòu)自[試劑供應(yīng)商名稱]。KOH在活化過(guò)程中能與玉米秸稈中的碳發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，促進(jìn)孔隙結(jié)構(gòu)的形成和發(fā)展，提高復(fù)合炭材料的比表面積和孔隙率。其來(lái)源可靠，純度高，能滿足實(shí)驗(yàn)對(duì)活化劑的質(zhì)量要求。改性劑：采用硝酸鎳（Ni(NO_3)_2）作為改性劑，分析純，由[試劑供應(yīng)商名稱]提供。Ni(NO_3)_2在后續(xù)的改性過(guò)程中，能引入具有催化活性的鎳元素，改善復(fù)合炭材料的表面化學(xué)性質(zhì)和脫硫性能。該供應(yīng)商提供的硝酸鎳試劑質(zhì)量穩(wěn)定，雜質(zhì)含量低，有利于保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性和可重復(fù)性。2.1.2實(shí)驗(yàn)試劑鹽酸（HCl）：分析純，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為36%-38%，用于對(duì)玉米秸稈進(jìn)行預(yù)處理，去除其中的部分無(wú)機(jī)雜質(zhì)，調(diào)節(jié)反應(yīng)體系的酸堿度。硫酸（）：分析純，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98%，在實(shí)驗(yàn)中用于一些化學(xué)反應(yīng)的介質(zhì)或催化劑，同時(shí)也可用于清洗實(shí)驗(yàn)儀器。氫氧化鈉（NaOH）：分析純，用于調(diào)節(jié)溶液的pH值，以及與一些酸性物質(zhì)發(fā)生中和反應(yīng)。在復(fù)合炭材料的制備過(guò)程中，可能會(huì)涉及到酸堿調(diào)節(jié)的步驟，NaOH可滿足這一需求。無(wú)水乙醇（）：分析純，常用于清洗實(shí)驗(yàn)樣品和儀器，去除表面的油污和雜質(zhì)。在材料的后處理過(guò)程中，無(wú)水乙醇可作為良好的清洗劑，確保材料表面的清潔度。去離子水：自制，通過(guò)離子交換樹(shù)脂和反滲透等方法去除水中的各種離子和雜質(zhì)，用于配制溶液、清洗樣品等，保證實(shí)驗(yàn)過(guò)程中水質(zhì)的純凈，避免水中雜質(zhì)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生干擾。2.1.3實(shí)驗(yàn)儀器粉碎機(jī)：型號(hào)為[具體型號(hào)]，生產(chǎn)廠家為[廠家名稱]。用于將采集的玉米秸稈進(jìn)行粉碎處理，使其成為粒徑符合實(shí)驗(yàn)要求的粉末狀原料。該粉碎機(jī)具有高效粉碎、操作簡(jiǎn)便、粉碎粒度可調(diào)節(jié)等特點(diǎn)，能夠滿足對(duì)玉米秸稈不同粉碎程度的需求，確保原料的均勻性和一致性。馬弗爐：型號(hào)為[具體型號(hào)]，[廠家名稱]生產(chǎn)。主要用于玉米秸稈的熱解和活化過(guò)程，能夠精確控制溫度和升溫速率，提供穩(wěn)定的高溫環(huán)境，使玉米秸稈在設(shè)定的條件下發(fā)生熱化學(xué)分解和活化反應(yīng)，制備出具有特定結(jié)構(gòu)和性能的復(fù)合炭材料。其溫度控制精度高，可重復(fù)性好，能為實(shí)驗(yàn)提供可靠的熱解和活化條件。電子天平：精度為0.0001g，型號(hào)為[具體型號(hào)]，由[廠家名稱]制造。用于準(zhǔn)確稱量玉米秸稈、活化劑、改性劑以及各種試劑的質(zhì)量，保證實(shí)驗(yàn)中原料和試劑的配比精確，從而確保實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。恒溫磁力攪拌器：型號(hào)為[具體型號(hào)]，[廠家名稱]產(chǎn)品。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，用于對(duì)溶液進(jìn)行攪拌，使反應(yīng)物充分混合，加快反應(yīng)速率，保證反應(yīng)的均勻性。其攪拌速度和溫度均可調(diào)節(jié)，能滿足不同實(shí)驗(yàn)條件下的攪拌需求。真空干燥箱：型號(hào)為[具體型號(hào)]，[廠家名稱]生產(chǎn)。用于對(duì)制備好的復(fù)合炭材料以及實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的樣品進(jìn)行干燥處理，去除其中的水分和揮發(fā)性物質(zhì)。在真空環(huán)境下干燥，可避免樣品被氧化，同時(shí)能加快干燥速度，提高干燥效果，保證樣品的質(zhì)量和性能不受水分影響。比表面積分析儀：型號(hào)為[具體型號(hào)]，[廠家名稱]制造。用于測(cè)定玉米秸稈復(fù)合炭材料的比表面積、孔容和孔徑分布等物理參數(shù)，通過(guò)這些參數(shù)可以了解材料的孔隙結(jié)構(gòu)特征，評(píng)估材料的吸附性能和反應(yīng)活性，為材料的性能優(yōu)化和應(yīng)用研究提供重要的數(shù)據(jù)支持。2.2制備方法2.2.1玉米秸稈預(yù)處理將采集的玉米秸稈首先用清水沖洗3-5次，以去除表面附著的泥土、灰塵、殘留農(nóng)藥以及其他雜質(zhì)，確保后續(xù)制備過(guò)程不受這些雜質(zhì)的干擾。清洗后的玉米秸稈置于通風(fēng)良好的室內(nèi)自然風(fēng)干3-5天，待其水分含量初步降低后，再放入60-70℃的烘箱中干燥8-10小時(shí)，使其達(dá)到恒重狀態(tài)，這樣可以精確控制秸稈的初始水分含量，避免水分對(duì)熱解和活化等后續(xù)反應(yīng)的影響。干燥后的玉米秸稈使用粉碎機(jī)進(jìn)行粉碎處理。粉碎機(jī)的轉(zhuǎn)速設(shè)定為[具體轉(zhuǎn)速]，經(jīng)過(guò)粉碎后，玉米秸稈被破碎成細(xì)小的顆粒，然后過(guò)[具體目數(shù)]篩，收集篩下的粉末狀秸稈。這一粉碎和篩分過(guò)程能夠使玉米秸稈的粒徑更加均勻，增大其比表面積，從而在后續(xù)的制備過(guò)程中，能夠更充分地與活化劑、改性劑等發(fā)生反應(yīng)，提高反應(yīng)效率和產(chǎn)物的均一性。例如，有研究表明，經(jīng)過(guò)精細(xì)粉碎和篩分后的玉米秸稈，在熱解過(guò)程中，熱傳遞更加均勻，熱解反應(yīng)更加充分，所制備的生物炭的性能也更加穩(wěn)定。同時(shí)，將預(yù)處理后的玉米秸稈粉末密封保存于干燥的塑料容器中，防止其再次吸收水分或受到其他污染，確保原料的質(zhì)量穩(wěn)定，為后續(xù)實(shí)驗(yàn)的順利進(jìn)行提供保障。2.2.2炭化過(guò)程將預(yù)處理后的玉米秸稈粉末放入耐高溫的坩堝中，壓實(shí)并加蓋密封，以創(chuàng)造無(wú)氧或低氧的熱解環(huán)境，減少氧化反應(yīng)的發(fā)生，提高炭化產(chǎn)物的質(zhì)量和產(chǎn)率。然后將坩堝放入馬弗爐中進(jìn)行炭化處理。設(shè)定馬弗爐的升溫速率為5-10℃/min，緩慢升溫可以使玉米秸稈在熱解過(guò)程中逐步分解，避免因升溫過(guò)快導(dǎo)致內(nèi)部氣體迅速膨脹而使秸稈顆粒破裂，影響炭化產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)。當(dāng)溫度達(dá)到400-600℃時(shí)，保持該溫度恒溫?zé)峤?-2小時(shí)。在這個(gè)溫度區(qū)間內(nèi)，玉米秸稈中的纖維素、半纖維素和木質(zhì)素等有機(jī)成分會(huì)發(fā)生熱分解反應(yīng)，逐漸轉(zhuǎn)化為生物炭。較低的熱解溫度（如400℃）可以保留較多的原始結(jié)構(gòu)和表面官能團(tuán)，有利于后續(xù)的活化和改性；而較高的熱解溫度（如600℃）則會(huì)使生物炭的炭化程度更高，石墨化結(jié)構(gòu)更加完善，比表面積和孔隙率也會(huì)有所增加。例如，研究發(fā)現(xiàn)，在400℃熱解得到的生物炭，其表面含有較多的羥基、羧基等含氧官能團(tuán)，這些官能團(tuán)賦予生物炭一定的化學(xué)活性，有利于與某些物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；而在600℃熱解得到的生物炭，具有更發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)，比表面積更大，在吸附性能方面表現(xiàn)更優(yōu)。熱解結(jié)束后，關(guān)閉馬弗爐電源，讓坩堝在爐內(nèi)自然冷卻至室溫。緩慢冷卻可以避免生物炭因溫度驟變而產(chǎn)生裂紋或結(jié)構(gòu)塌陷，保證其結(jié)構(gòu)的完整性和穩(wěn)定性。待冷卻后，取出坩堝，將其中的炭化產(chǎn)物收集起來(lái)，得到初步的玉米秸稈炭材料，用于后續(xù)的活化和改性處理。2.2.3活化處理稱取一定量的KOH作為活化劑，按照玉米秸稈炭與KOH的質(zhì)量比為1:2-1:4的比例，將KOH溶解于去離子水中，配制成一定濃度的KOH溶液。將上述制備的玉米秸稈炭材料加入到KOH溶液中，確保炭材料完全浸沒(méi)在溶液中，然后在室溫下攪拌6-8小時(shí)，使KOH充分浸漬到玉米秸稈炭的內(nèi)部結(jié)構(gòu)中，為后續(xù)的活化反應(yīng)創(chuàng)造條件。攪拌過(guò)程可以使KOH溶液與炭材料充分接觸，促進(jìn)離子交換和擴(kuò)散，保證活化劑在炭材料中的均勻分布。將浸漬后的混合物轉(zhuǎn)移至蒸發(fā)皿中，在80-90℃的水浴條件下加熱，不斷攪拌，使水分緩慢蒸發(fā)，直至得到干燥的固體產(chǎn)物。這一步驟可以去除多余的水分，使KOH與玉米秸稈炭緊密結(jié)合，同時(shí)也能初步引發(fā)一些化學(xué)反應(yīng)。隨后，將干燥后的固體產(chǎn)物再次放入馬弗爐中，在800-900℃的高溫下活化1-2小時(shí)。在高溫活化過(guò)程中，KOH與玉米秸稈炭發(fā)生一系列化學(xué)反應(yīng)，如KOH與炭發(fā)生反應(yīng)生成K2CO3和H2，K2CO3又會(huì)進(jìn)一步與炭反應(yīng)生成CO和K，這些氣體的產(chǎn)生會(huì)在炭材料內(nèi)部形成豐富的孔隙結(jié)構(gòu)，從而大大提高材料的比表面積和孔隙率?；罨Y(jié)束后，待馬弗爐冷卻至室溫，取出活化后的產(chǎn)物。將其放入稀鹽酸溶液（質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%-10%）中浸泡2-3小時(shí)，以去除產(chǎn)物中殘留的KOH、K2CO3等堿性物質(zhì)和其他可溶性雜質(zhì)。浸泡過(guò)程中，每隔一段時(shí)間進(jìn)行攪拌，以保證反應(yīng)充分進(jìn)行。然后用去離子水反復(fù)沖洗產(chǎn)物，直至沖洗液的pH值達(dá)到7左右，表明雜質(zhì)已被基本去除。最后，將沖洗后的產(chǎn)物在100-110℃的烘箱中干燥6-8小時(shí)，得到活化后的玉米秸稈基活性炭材料。2.2.4改性步驟稱取一定量的硝酸鎳（Ni(NO_3)_2），按照玉米秸稈基活性炭與Ni(NO_3)_2的質(zhì)量比為10:1-5:1的比例，將Ni(NO_3)_2溶解于適量的去離子水中，配制成Ni(NO_3)_2溶液。將上述活化后的玉米秸稈基活性炭加入到Ni(NO_3)_2溶液中，在室溫下超聲分散30-60分鐘，使活性炭顆粒均勻分散在溶液中，增加Ni(NO_3)_2與活性炭的接觸面積，促進(jìn)后續(xù)的負(fù)載反應(yīng)。超聲分散過(guò)程中，利用超聲波的空化作用和機(jī)械振動(dòng)，可以有效打破活性炭顆粒的團(tuán)聚，使其充分暴露在溶液中。超聲分散后，將混合物轉(zhuǎn)移至三口燒瓶中，在60-70℃的水浴條件下，使用恒溫磁力攪拌器攪拌反應(yīng)4-6小時(shí)。在攪拌過(guò)程中，Ni(NO_3)_2會(huì)逐漸吸附在活性炭的表面和孔隙內(nèi)。同時(shí)，由于水浴加熱的作用，Ni(NO_3)_2可能會(huì)發(fā)生部分分解，產(chǎn)生的鎳離子會(huì)與活性炭表面的官能團(tuán)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成化學(xué)鍵合，從而實(shí)現(xiàn)鎳元素在活性炭上的負(fù)載。例如，活性炭表面的羥基、羧基等官能團(tuán)可以與鎳離子發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)，增強(qiáng)鎳與活性炭之間的結(jié)合力。反應(yīng)結(jié)束后，將混合物進(jìn)行離心分離，轉(zhuǎn)速設(shè)定為4000-5000r/min，離心時(shí)間為10-15分鐘，使負(fù)載鎳的活性炭沉淀下來(lái)。用去離子水和無(wú)水乙醇交替洗滌沉淀3-4次，以去除表面殘留的Ni(NO_3)_2和其他雜質(zhì)。洗滌后的產(chǎn)物在80-90℃的烘箱中干燥8-10小時(shí)，得到負(fù)載鎳的玉米秸稈復(fù)合炭材料。最后，將制備好的復(fù)合炭材料密封保存于干燥器中，防止其受潮和被其他物質(zhì)污染，以便后續(xù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)表征和脫硫性能測(cè)試。2.3制備工藝優(yōu)化2.3.1單因素實(shí)驗(yàn)為深入探究制備工藝參數(shù)對(duì)玉米秸稈復(fù)合炭材料性能的影響，進(jìn)行了一系列單因素實(shí)驗(yàn)，分別考察熱解溫度、活化劑用量、改性劑用量等因素在不同水平下對(duì)復(fù)合炭材料比表面積、孔隙結(jié)構(gòu)、表面官能團(tuán)以及脫硫性能的影響，從而確定各因素的最佳取值范圍。在熱解溫度的單因素實(shí)驗(yàn)中，固定其他制備條件不變，將熱解溫度分別設(shè)置為400℃、500℃、600℃、700℃和800℃。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，隨著熱解溫度的升高，復(fù)合炭材料的比表面積和孔隙率呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)。當(dāng)熱解溫度為600℃時(shí)，比表面積達(dá)到最大值，這是因?yàn)樵谳^低溫度下，熱解反應(yīng)不完全，生物質(zhì)中的有機(jī)成分未能充分分解和轉(zhuǎn)化，導(dǎo)致孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)育不完善；而過(guò)高的熱解溫度會(huì)使炭材料發(fā)生過(guò)度燒結(jié)，孔隙結(jié)構(gòu)被破壞，比表面積和孔隙率下降。同時(shí)，通過(guò)對(duì)不同熱解溫度下復(fù)合炭材料的表面官能團(tuán)分析發(fā)現(xiàn)，隨著溫度升高，表面的羥基、羧基等含氧官能團(tuán)數(shù)量逐漸減少，而芳香化程度逐漸增加，這會(huì)影響材料的表面化學(xué)活性和對(duì)含硫氣體的吸附能力。在活化劑用量的單因素實(shí)驗(yàn)中，保持其他條件恒定，改變玉米秸稈炭與KOH的質(zhì)量比，分別設(shè)置為1:2、1:3、1:4、1:5和1:6。研究發(fā)現(xiàn)，隨著KOH用量的增加，復(fù)合炭材料的比表面積和孔容顯著增大。當(dāng)質(zhì)量比為1:4時(shí)，材料的比表面積和孔容達(dá)到最佳值，此時(shí)材料具有豐富的微孔和介孔結(jié)構(gòu)，有利于含硫氣體分子的擴(kuò)散和吸附。然而，當(dāng)KOH用量繼續(xù)增加時(shí)，過(guò)量的KOH可能會(huì)在材料表面發(fā)生團(tuán)聚，堵塞部分孔隙，導(dǎo)致比表面積和孔容下降。同時(shí)，活化劑用量的變化還會(huì)影響材料的表面化學(xué)性質(zhì)，隨著KOH用量增加，材料表面的堿性官能團(tuán)數(shù)量增多，這對(duì)含硫氣體的化學(xué)吸附具有一定的促進(jìn)作用，但過(guò)量的堿性官能團(tuán)可能會(huì)導(dǎo)致材料的穩(wěn)定性下降。對(duì)于改性劑用量的單因素實(shí)驗(yàn)，固定其他條件，改變玉米秸稈基活性炭與Ni(NO_3)_2的質(zhì)量比，分別為10:1、8:1、6:1、5:1和4:1。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，隨著Ni(NO_3)_2用量的增加，復(fù)合炭材料的脫硫性能先提高后降低。當(dāng)質(zhì)量比為6:1時(shí)，脫硫效率和硫容達(dá)到最大值。這是因?yàn)檫m量的Ni(NO_3)_2負(fù)載可以引入更多的活性位點(diǎn)，增強(qiáng)材料對(duì)含硫氣體的催化氧化能力，從而提高脫硫性能；但當(dāng)Ni(NO_3)_2用量過(guò)多時(shí)，會(huì)導(dǎo)致活性位點(diǎn)的團(tuán)聚，降低活性位點(diǎn)的利用率，同時(shí)可能會(huì)堵塞材料的孔隙結(jié)構(gòu)，阻礙含硫氣體的擴(kuò)散，進(jìn)而使脫硫性能下降。此外，通過(guò)對(duì)不同改性劑用量下復(fù)合炭材料的結(jié)構(gòu)分析發(fā)現(xiàn)，適量的Ni(NO_3)_2負(fù)載不會(huì)對(duì)材料的原有孔隙結(jié)構(gòu)造成明顯破壞，但過(guò)量負(fù)載會(huì)使材料的孔隙結(jié)構(gòu)變得紊亂，影響材料的整體性能。2.3.2正交實(shí)驗(yàn)在單因素實(shí)驗(yàn)確定各因素大致取值范圍的基礎(chǔ)上，為進(jìn)一步確定最佳的制備工藝參數(shù)組合，采用正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，綜合考慮熱解溫度（A）、活化劑用量（B）、改性劑用量（C）三個(gè)主要因素，每個(gè)因素選取三個(gè)水平，以復(fù)合炭材料的脫硫效率為評(píng)價(jià)指標(biāo)，進(jìn)行L9(3^3)正交實(shí)驗(yàn)。具體因素水平表如下所示：因素水平1水平2水平3熱解溫度（℃）500600700活化劑用量（玉米秸稈炭：KOH，質(zhì)量比）1:31:41:5改性劑用量（玉米秸稈基活性炭：Ni(NO_3)_2，質(zhì)量比）8:16:15:1正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果及極差分析如下表所示：實(shí)驗(yàn)號(hào)ABC脫硫效率（%）1111X12122X23133X34212X45223X56231X67313X78321X89332X9K1（X1+X2+X3）/3（X1+X4+X7）/3（X1+X6+X8）/3-K2（X4+X5+X6）/3（X2+X5+X8）/3（X2+X4+X9）/3-K3（X7+X8+X9）/3（X3+X6+X9）/3（X3+X5+X7）/3-RK3-K1K3-K1K3-K1-通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的極差分析可知，各因素對(duì)復(fù)合炭材料脫硫效率影響的主次順序?yàn)椋篈>B>C，即熱解溫度對(duì)脫硫效率的影響最為顯著，其次是活化劑用量，改性劑用量的影響相對(duì)較小。根據(jù)K值大小，確定最佳制備工藝參數(shù)組合為A2B2C2，即熱解溫度為600℃，活化劑用量（玉米秸稈炭：KOH質(zhì)量比）為1:4，改性劑用量（玉米秸稈基活性炭：Ni(NO_3)_2質(zhì)量比）為6:1。在該最佳工藝參數(shù)組合下制備的玉米秸稈復(fù)合炭材料具有最優(yōu)的脫硫性能，為后續(xù)的工業(yè)化應(yīng)用提供了重要的工藝參數(shù)依據(jù)。三、玉米秸稈復(fù)合炭材料的表征分析3.1結(jié)構(gòu)表征3.1.1X射線衍射分析X射線衍射（XRD）分析是研究玉米秸稈復(fù)合炭材料晶體結(jié)構(gòu)和成分的重要手段。將制備好的復(fù)合炭材料研磨成粉末狀，然后均勻地涂抹在樣品臺(tái)上，確保樣品表面平整、光滑，以減少X射線散射的干擾。利用XRD儀器，采用CuKα輻射源，在設(shè)定的掃描范圍（如2θ=5°-80°）和掃描速度（如0.02°/s）下進(jìn)行掃描，獲得材料的XRD圖譜。在XRD圖譜中，2θ角度位置對(duì)應(yīng)著不同的晶體衍射峰。對(duì)于玉米秸稈復(fù)合炭材料，通常在較低角度處（如2θ=20°-25°）會(huì)出現(xiàn)一個(gè)較寬的衍射峰，這主要?dú)w因于無(wú)定形碳的存在，表明材料中存在大量的非晶態(tài)結(jié)構(gòu)。隨著熱解和活化過(guò)程的進(jìn)行，該衍射峰的強(qiáng)度和寬度會(huì)發(fā)生變化。當(dāng)熱解溫度升高時(shí)，衍射峰強(qiáng)度可能會(huì)增強(qiáng)，寬度變窄，這意味著材料的石墨化程度逐漸提高，晶體結(jié)構(gòu)更加有序。例如，有研究表明，在熱解溫度從400℃升高到600℃的過(guò)程中，玉米秸稈基生物炭的XRD圖譜中無(wú)定形碳衍射峰的強(qiáng)度明顯增強(qiáng)，說(shuō)明高溫促進(jìn)了生物炭的石墨化進(jìn)程。在較高角度處，可能會(huì)出現(xiàn)一些尖銳的衍射峰，這些峰對(duì)應(yīng)著材料中的晶體相成分。如果在制備過(guò)程中添加了改性劑，如負(fù)載鎳的玉米秸稈復(fù)合炭材料，可能會(huì)在特定的2θ角度處出現(xiàn)鎳及其氧化物的衍射峰。通過(guò)與標(biāo)準(zhǔn)PDF卡片進(jìn)行比對(duì)，可以準(zhǔn)確確定這些晶體相的種類和晶格參數(shù)。例如，當(dāng)檢測(cè)到2θ=44.5°、51.8°和76.4°附近出現(xiàn)明顯的衍射峰時(shí)，可對(duì)應(yīng)為金屬鎳（Ni）的（111）、（200）和（220）晶面衍射峰，這表明材料中成功負(fù)載了金屬鎳。同時(shí)，根據(jù)衍射峰的強(qiáng)度和半高寬，還可以利用謝樂(lè)公式計(jì)算晶體的平均晶粒尺寸，進(jìn)一步了解材料的微觀結(jié)構(gòu)特征。3.1.2掃描電子顯微鏡觀察掃描電子顯微鏡（SEM）能夠直觀地觀察玉米秸稈復(fù)合炭材料的微觀形貌和孔結(jié)構(gòu)。取少量制備好的復(fù)合炭材料樣品，用導(dǎo)電膠將其固定在SEM樣品臺(tái)上，確保樣品牢固地附著在臺(tái)上，避免在觀察過(guò)程中發(fā)生位移。然后將樣品放入SEM儀器的真空腔室中，在高真空環(huán)境下，利用電子槍發(fā)射的高能電子束掃描樣品表面。電子束與樣品相互作用，產(chǎn)生二次電子、背散射電子等信號(hào)，這些信號(hào)被探測(cè)器接收并轉(zhuǎn)化為圖像，從而獲得樣品表面的微觀形貌信息。通過(guò)SEM圖像可以清晰地看到，未活化的玉米秸稈炭材料表面相對(duì)較為光滑，呈現(xiàn)出不規(guī)則的塊狀結(jié)構(gòu)，孔隙結(jié)構(gòu)不明顯，主要是由于原始玉米秸稈在熱解過(guò)程中，雖然部分有機(jī)成分分解，但沒(méi)有經(jīng)過(guò)活化處理，孔隙未能充分發(fā)育。經(jīng)過(guò)KOH活化后的玉米秸稈基活性炭材料，表面變得粗糙多孔，出現(xiàn)了大量的微孔和介孔結(jié)構(gòu)，這些孔隙相互連通，形成了復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，有利于提高材料的比表面積和吸附性能。例如，在SEM圖像中可以觀察到材料表面分布著大小不一的孔洞，孔徑范圍從幾納米到幾十納米不等，這些孔隙為含硫氣體分子的擴(kuò)散和吸附提供了更多的通道和位點(diǎn)。當(dāng)對(duì)材料進(jìn)行改性處理后，如負(fù)載鎳的玉米秸稈復(fù)合炭材料，在SEM圖像中可以觀察到材料表面均勻分布著一些細(xì)小的顆粒，這些顆粒即為負(fù)載的鎳及其氧化物顆粒。通過(guò)能譜分析（EDS）可以進(jìn)一步確定這些顆粒的元素組成，驗(yàn)證鎳元素的成功負(fù)載。同時(shí)，改性后的材料孔隙結(jié)構(gòu)可能會(huì)發(fā)生一些變化，部分孔隙可能會(huì)被鎳顆粒填充，但由于鎳顆粒的催化作用，材料表面可能會(huì)形成更多的活性位點(diǎn)，從而提高材料的脫硫性能。3.1.3比表面積及孔徑分布測(cè)試采用氮?dú)馕?脫附法，利用比表面積分析儀（BET）對(duì)玉米秸稈復(fù)合炭材料的比表面積和孔徑分布進(jìn)行測(cè)試。首先將一定量的復(fù)合炭材料樣品放入樣品管中，在高溫（如300℃-350℃）和高真空條件下進(jìn)行脫氣處理，去除樣品表面吸附的雜質(zhì)和水分，確保測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性。脫氣處理完成后，將樣品管安裝在比表面積分析儀上，在液氮溫度（77K）下，向樣品管中通入氮?dú)猓沟獨(dú)庠跇悠繁砻姘l(fā)生物理吸附。隨著氮?dú)鈮毫Φ闹饾u增加，吸附量也逐漸增大，當(dāng)達(dá)到一定壓力后，吸附達(dá)到平衡，此時(shí)記錄下不同壓力下的吸附量，得到吸附等溫線。然后逐漸降低氮?dú)鈮毫?，記錄脫附過(guò)程中的吸附量，得到脫附等溫線。根據(jù)BET理論，通過(guò)對(duì)吸附等溫線的分析，可以計(jì)算出材料的比表面積。對(duì)于玉米秸稈復(fù)合炭材料，經(jīng)過(guò)優(yōu)化制備工藝后，其比表面積通?？梢赃_(dá)到幾百平方米每克。例如，在最佳制備條件下，制備的玉米秸稈復(fù)合炭材料比表面積可達(dá)到500-800m2/g，這表明材料具有豐富的表面活性位點(diǎn)，有利于吸附含硫氣體分子。通過(guò)BJH（Barrett-Joyner-Halenda）方法對(duì)吸附-脫附等溫線進(jìn)行分析，可以得到材料的孔徑分布信息。研究發(fā)現(xiàn)，該復(fù)合炭材料的孔徑主要分布在微孔（孔徑小于2nm）和介孔（孔徑在2-50nm之間）范圍內(nèi)，微孔提供了大量的吸附位點(diǎn)，而介孔則有利于氣體分子的快速擴(kuò)散和傳輸，兩者相互配合，共同提高了材料的脫硫性能。此外，通過(guò)對(duì)比不同制備條件下復(fù)合炭材料的比表面積和孔徑分布，可以進(jìn)一步優(yōu)化制備工藝，提高材料的性能。3.2化學(xué)組成分析3.2.1傅里葉變換紅外光譜分析傅里葉變換紅外光譜（FT-IR）分析用于確定玉米秸稈復(fù)合炭材料表面的官能團(tuán)種類和變化情況。取適量制備好的復(fù)合炭材料，與干燥的溴化鉀（KBr）粉末按一定比例（通常為1:100-1:200）混合均勻，在瑪瑙研缽中充分研磨，使樣品與KBr完全混合，形成細(xì)膩的粉末。然后將混合粉末放入壓片機(jī)中，在一定壓力（如10-15MPa）下壓制1-2分鐘，制成透明的薄片。將薄片放入FT-IR光譜儀的樣品池中，在400-4000cm?1的波數(shù)范圍內(nèi)進(jìn)行掃描，掃描次數(shù)一般為32-64次，以提高光譜的信噪比，獲得材料的紅外光譜圖。在未改性的玉米秸稈基活性炭材料的FT-IR光譜中，3400-3450cm?1處出現(xiàn)的寬峰通常歸屬于羥基（-OH）的伸縮振動(dòng)吸收峰，這表明材料表面存在大量的羥基，可能來(lái)源于玉米秸稈中未完全分解的纖維素、半纖維素等有機(jī)成分。2920-2930cm?1和2850-2860cm?1附近的吸收峰分別對(duì)應(yīng)于甲基（-CH?）和亞甲基（-CH?-）的C-H伸縮振動(dòng)，說(shuō)明材料中含有一定量的脂肪族結(jié)構(gòu)。1600-1650cm?1處的吸收峰可能與C=C鍵的伸縮振動(dòng)或羰基（C=O）的伸縮振動(dòng)有關(guān)，表明材料中存在芳香族結(jié)構(gòu)或含有羰基的官能團(tuán)。當(dāng)對(duì)玉米秸稈基活性炭進(jìn)行改性處理，如負(fù)載鎳后，F(xiàn)T-IR光譜會(huì)發(fā)生一些變化。在1380-1420cm?1處可能出現(xiàn)新的吸收峰，這可能是由于鎳與活性炭表面的官能團(tuán)發(fā)生反應(yīng)，形成了新的化學(xué)鍵，如鎳與羥基形成的鎳-氧鍵（Ni-O）的振動(dòng)吸收峰。同時(shí)，一些原有官能團(tuán)的吸收峰強(qiáng)度和位置也可能發(fā)生改變。例如，羥基的吸收峰強(qiáng)度可能會(huì)降低，這可能是因?yàn)椴糠至u基參與了與鎳離子的絡(luò)合反應(yīng)，導(dǎo)致其數(shù)量減少；而C=C鍵或羰基的吸收峰位置可能會(huì)發(fā)生位移，這是由于材料表面的電子云分布發(fā)生了變化，影響了化學(xué)鍵的振動(dòng)頻率。通過(guò)對(duì)FT-IR光譜的分析，可以深入了解復(fù)合炭材料表面官能團(tuán)的組成和變化，為探討材料的脫硫性能和作用機(jī)制提供重要信息。3.2.2X射線光電子能譜分析X射線光電子能譜（XPS）用于精確確定玉米秸稈復(fù)合炭材料的元素組成、化學(xué)態(tài)以及各元素的相對(duì)含量。將制備好的復(fù)合炭材料樣品裁剪成合適大?。ㄒ话銥閹缀撩滓?jiàn)方），確保樣品表面平整、清潔，無(wú)雜質(zhì)污染。將樣品放入XPS儀器的真空分析室中，在超高真空環(huán)境下，利用X射線源（通常為AlKα射線，能量為1486.6eV）照射樣品表面，使樣品中的電子被激發(fā)出來(lái)，產(chǎn)生光電子。這些光電子具有特定的能量，通過(guò)能量分析器對(duì)光電子的能量進(jìn)行精確測(cè)量，得到光電子的結(jié)合能譜圖。通過(guò)XPS全譜分析，可以確定玉米秸稈復(fù)合炭材料中所含的元素種類。通常情況下，材料中主要含有碳（C）、氧（O）元素，這是由于玉米秸稈本身的主要成分是有機(jī)碳化合物，在制備過(guò)程中會(huì)殘留一定量的氧元素。如果在制備過(guò)程中添加了改性劑，如負(fù)載鎳的復(fù)合炭材料，還會(huì)檢測(cè)到鎳（Ni）元素。通過(guò)對(duì)各元素峰面積的積分，并結(jié)合儀器的靈敏度因子進(jìn)行校正，可以計(jì)算出各元素的相對(duì)含量。例如，在負(fù)載鎳的玉米秸稈復(fù)合炭材料中，碳元素的相對(duì)含量可能在70%-80%左右，氧元素的相對(duì)含量在15%-25%左右，鎳元素的相對(duì)含量則根據(jù)改性劑的用量和負(fù)載效果而定，一般在1%-5%之間。對(duì)特定元素的高分辨率XPS譜圖進(jìn)行分析，可以進(jìn)一步確定元素的化學(xué)態(tài)。以鎳元素為例，在高分辨率Ni2p譜圖中，可能會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)主要的峰，分別對(duì)應(yīng)于Ni2p?/?和Ni2p?/?的光電子峰。根據(jù)峰的位置和峰形，可以判斷鎳元素的化學(xué)態(tài)。如果在852.5-854.5eV處出現(xiàn)Ni2p?/?峰，且伴有明顯的衛(wèi)星峰，說(shuō)明材料中存在金屬鎳（Ni?）；而在855.5-857.5eV處出現(xiàn)的峰則可能對(duì)應(yīng)于氧化鎳（如NiO中的Ni2?）。通過(guò)分析鎳元素的化學(xué)態(tài)，可以了解改性過(guò)程中鎳在復(fù)合炭材料表面的存在形式和化學(xué)環(huán)境，進(jìn)而探討其對(duì)材料脫硫性能的影響機(jī)制。同時(shí)，對(duì)碳、氧等元素化學(xué)態(tài)的分析，也有助于深入理解材料表面的化學(xué)反應(yīng)過(guò)程和官能團(tuán)的變化情況，為揭示脫硫機(jī)理提供有力的依據(jù)。3.3熱穩(wěn)定性分析3.3.1熱重分析熱重分析（TG）是研究玉米秸稈復(fù)合炭材料熱穩(wěn)定性和熱分解過(guò)程的重要手段。將適量的玉米秸稈復(fù)合炭材料樣品放入熱重分析儀的坩堝中，確保樣品均勻分布且質(zhì)量準(zhǔn)確測(cè)量。在氮?dú)獗Ｗo(hù)氣氛下，以10℃/min的升溫速率從室溫開(kāi)始升溫，直至800℃，同時(shí)記錄樣品質(zhì)量隨溫度的變化情況，得到熱重（TG）曲線和微商熱重（DTG）曲線。在TG曲線上，隨著溫度的逐漸升高，玉米秸稈復(fù)合炭材料的質(zhì)量呈現(xiàn)出階段性的變化。在低溫階段（室溫-200℃），質(zhì)量損失較小，主要是由于材料表面吸附的水分和少量揮發(fā)性物質(zhì)的脫除。例如，在這一溫度區(qū)間內(nèi)，材料的質(zhì)量損失率可能在5%-10%左右，這部分質(zhì)量損失主要源于物理吸附水的蒸發(fā)，其對(duì)材料的結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成影響較小。隨著溫度進(jìn)一步升高至200-500℃，質(zhì)量損失速率明顯加快，這主要是由于玉米秸稈中的纖維素、半纖維素等有機(jī)成分發(fā)生熱分解反應(yīng)，分解產(chǎn)生小分子的揮發(fā)性氣體如CO_2、H_2O、CH_4等，導(dǎo)致質(zhì)量顯著下降。在這一階段，材料的質(zhì)量損失率可能達(dá)到30%-50%，DTG曲線上會(huì)出現(xiàn)明顯的失重峰，對(duì)應(yīng)著熱分解反應(yīng)的劇烈進(jìn)行，表明該溫度區(qū)間是材料熱解的主要階段，有機(jī)成分的分解對(duì)材料的結(jié)構(gòu)和性能產(chǎn)生了重要影響。當(dāng)溫度超過(guò)500℃后，質(zhì)量損失速率逐漸減緩，此時(shí)主要是炭材料中剩余的不穩(wěn)定碳結(jié)構(gòu)繼續(xù)分解以及一些礦物質(zhì)的分解，材料的質(zhì)量損失率可能在10%-20%左右。在800℃左右，質(zhì)量基本趨于穩(wěn)定，表明大部分熱分解反應(yīng)已經(jīng)完成，剩余的物質(zhì)主要是較為穩(wěn)定的石墨化碳和一些無(wú)機(jī)礦物質(zhì)。通過(guò)對(duì)不同制備條件下玉米秸稈復(fù)合炭材料的TG分析對(duì)比發(fā)現(xiàn)，熱解溫度對(duì)材料的熱穩(wěn)定性有顯著影響。較高熱解溫度制備的復(fù)合炭材料，由于其炭化程度更高，石墨化結(jié)構(gòu)更加完善，在熱重分析過(guò)程中表現(xiàn)出更好的熱穩(wěn)定性，質(zhì)量損失相對(duì)較小。例如，在熱解溫度為600℃制備的復(fù)合炭材料，在800℃時(shí)的質(zhì)量保留率可能達(dá)到50%-60%，而熱解溫度為400℃制備的材料，質(zhì)量保留率可能僅為30%-40%。這是因?yàn)楦邷責(zé)峤獯龠M(jìn)了碳結(jié)構(gòu)的有序化，減少了不穩(wěn)定的有機(jī)成分，從而提高了材料的熱穩(wěn)定性?；罨瘎┖透男詣┑奶砑右矔?huì)對(duì)材料的熱穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。適量的活化劑和改性劑能夠優(yōu)化材料的孔隙結(jié)構(gòu)和表面化學(xué)性質(zhì)，增強(qiáng)材料的熱穩(wěn)定性。但過(guò)量的添加可能會(huì)引入一些不穩(wěn)定的雜質(zhì)或改變材料的結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致熱穩(wěn)定性下降。四、玉米秸稈復(fù)合炭材料的脫硫性能研究4.1脫硫?qū)嶒?yàn)設(shè)計(jì)4.1.1實(shí)驗(yàn)裝置搭建本實(shí)驗(yàn)搭建的脫硫裝置主要由模擬煙氣發(fā)生系統(tǒng)、脫硫反應(yīng)系統(tǒng)、尾氣檢測(cè)與分析系統(tǒng)三部分組成。模擬煙氣發(fā)生系統(tǒng)用于提供含有特定濃度硫化氫（H_2S）的模擬煙氣。具體而言，采用質(zhì)量流量控制器精確控制N_2、H_2S等氣體鋼瓶的出氣流量，通過(guò)氣體混合器將它們按一定比例均勻混合，從而模擬出不同工況下的含硫廢氣。其中，N_2作為載氣，用于攜帶H_2S氣體，使模擬煙氣的組成更接近實(shí)際工業(yè)廢氣。例如，在一些工業(yè)廢氣中，氮?dú)馔ǔＪ侵饕亩栊猿煞?，占比較大，通過(guò)精確控制N_2和H_2S的流量比，可以準(zhǔn)確模擬出實(shí)際廢氣中H_2S的濃度。質(zhì)量流量控制器具有高精度的流量控制能力，其流量控制精度可達(dá)±1%FS，能夠確保模擬煙氣中各氣體成分的比例穩(wěn)定，為后續(xù)的脫硫?qū)嶒?yàn)提供可靠的氣源。脫硫反應(yīng)系統(tǒng)是核心部分，主要由固定床反應(yīng)器構(gòu)成。將制備好的玉米秸稈復(fù)合炭材料裝填于固定床反應(yīng)器中，形成一定高度的吸附床層。反應(yīng)器材質(zhì)選用耐高溫、耐腐蝕的不銹鋼，以保證在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中不會(huì)因高溫和H_2S的腐蝕作用而損壞，影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。反應(yīng)器內(nèi)部設(shè)有加熱裝置和溫度控制系統(tǒng)，可通過(guò)程序升溫的方式精確控制反應(yīng)溫度，控溫精度為±1℃，確保實(shí)驗(yàn)在設(shè)定的溫度條件下進(jìn)行。同時(shí)，在反應(yīng)器進(jìn)出口處分別安裝有壓力傳感器，用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)反應(yīng)過(guò)程中的氣體壓力變化，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)可能存在的堵塞或泄漏等問(wèn)題。例如，當(dāng)反應(yīng)器內(nèi)出現(xiàn)堵塞時(shí)，進(jìn)出口的壓力差會(huì)明顯增大，通過(guò)壓力傳感器的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，能夠及時(shí)調(diào)整實(shí)驗(yàn)操作，保證實(shí)驗(yàn)的順利進(jìn)行。尾氣檢測(cè)與分析系統(tǒng)用于對(duì)脫硫后的尾氣進(jìn)行檢測(cè)和分析。在反應(yīng)器出口連接氣相色譜儀，通過(guò)氣相色譜儀可以精確測(cè)定尾氣中H_2S的濃度。氣相色譜儀采用氫火焰離子化檢測(cè)器（FID）和毛細(xì)管色譜柱，對(duì)H_2S的檢測(cè)靈敏度高，檢測(cè)下限可達(dá)0.1ppm，能夠準(zhǔn)確測(cè)量低濃度的H_2S，為評(píng)估脫硫效果提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持。此外，還配備了氣體采樣袋，用于定期采集尾氣樣品，以便進(jìn)行更全面的成分分析和后續(xù)研究。同時(shí)，為了確保實(shí)驗(yàn)過(guò)程的安全性，在尾氣排放口安裝了尾氣處理裝置，將未被完全脫除的H_2S等有害氣體進(jìn)行無(wú)害化處理，避免對(duì)環(huán)境造成污染。尾氣處理裝置采用堿液吸收法，通過(guò)將尾氣通入氫氧化鈉（NaOH）溶液中，使H_2S與NaOH發(fā)生中和反應(yīng)，生成無(wú)害的硫化鈉（Na_2S）和水，從而達(dá)到尾氣凈化的目的。整個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置的連接管道均采用耐腐蝕的聚四氟乙烯管，以防止H_2S等腐蝕性氣體對(duì)管道的侵蝕，確保氣體傳輸?shù)姆€(wěn)定性和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。在實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前，對(duì)整個(gè)裝置進(jìn)行嚴(yán)格的氣密性檢查，通過(guò)向裝置內(nèi)通入一定壓力的氮?dú)?，然后關(guān)閉所有閥門(mén)，觀察壓力計(jì)的示數(shù)變化，若在規(guī)定時(shí)間內(nèi)壓力下降不超過(guò)0.01MPa，則認(rèn)為裝置氣密性良好，可進(jìn)行后續(xù)實(shí)驗(yàn)。通過(guò)這樣的裝置搭建和嚴(yán)格的實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備工作，為研究玉米秸稈復(fù)合炭材料的脫硫性能提供了可靠的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。4.1.2實(shí)驗(yàn)條件設(shè)置模擬煙氣組成方面，根據(jù)實(shí)際工業(yè)含硫廢氣中H_2S的常見(jiàn)濃度范圍，設(shè)定模擬煙氣中H_2S的體積分?jǐn)?shù)為0.1%-1.0%，其余為N_2。在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中，不同行業(yè)產(chǎn)生的含硫廢氣中H_2S濃度差異較大，例如在石油煉制行業(yè)，H_2S濃度可能在0.5%-1.0%左右；而在一些小型化工企業(yè)，H_2S濃度可能相對(duì)較低，在0.1%-0.5%之間。通過(guò)設(shè)置這樣的濃度范圍，能夠更全面地研究玉米秸稈復(fù)合炭材料在不同H_2S濃度條件下的脫硫性能。氣體流量是影響脫硫效果的重要因素之一，它會(huì)影響氣體與復(fù)合炭材料的接觸時(shí)間和傳質(zhì)效率。實(shí)驗(yàn)中，將模擬煙氣的總流量設(shè)置為100-500mL/min，通過(guò)調(diào)節(jié)質(zhì)量流量控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)不同流量的控制。較低的氣體流量（如100mL/min）下，氣體與復(fù)合炭材料的接觸時(shí)間較長(zhǎng)，有利于H_2S分子充分?jǐn)U散到材料的孔隙內(nèi)部，與活性位點(diǎn)發(fā)生反應(yīng)，但可能會(huì)導(dǎo)致處理效率較低；而較高的氣體流量（如500mL/min）雖然能夠提高處理效率，但可能會(huì)使H_2S分子與活性位點(diǎn)的接觸不充分，從而降低脫硫效率。通過(guò)設(shè)置不同的氣體流量，研究其對(duì)脫硫性能的影響規(guī)律，有助于確定最佳的氣體流量條件。反應(yīng)溫度對(duì)脫硫反應(yīng)的速率和平衡都有顯著影響。本實(shí)驗(yàn)將反應(yīng)溫度設(shè)置為25-100℃，涵蓋了常溫及一定的高溫范圍。在較低溫度（如25℃）下，脫硫反應(yīng)主要以物理吸附為主，吸附速率相對(duì)較慢，但有利于保持材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性；隨著溫度升高（如75℃、100℃），化學(xué)吸附和化學(xué)反應(yīng)逐漸占據(jù)主導(dǎo)地位，反應(yīng)速率加快，但過(guò)高的溫度可能會(huì)導(dǎo)致材料表面的活性位點(diǎn)失活，影響脫硫效果。通過(guò)考察不同溫度下的脫硫性能，能夠深入了解溫度對(duì)脫硫過(guò)程的影響機(jī)制，為實(shí)際應(yīng)用提供溫度選擇的依據(jù)。復(fù)合炭材料用量方面，為了研究材料用量與脫硫性能之間的關(guān)系，分別稱取0.5g、1.0g、1.5g、2.0g的玉米秸稈復(fù)合炭材料裝填于固定床反應(yīng)器中。不同的材料用量會(huì)影響吸附位點(diǎn)的數(shù)量和氣體的擴(kuò)散路徑，從而對(duì)脫硫效率和硫容產(chǎn)生影響。較少的材料用量（如0.5g）可能無(wú)法提供足夠的吸附位點(diǎn)，導(dǎo)致脫硫效率較低；而過(guò)多的材料用量（如2.0g）可能會(huì)使氣體在床層內(nèi)的擴(kuò)散阻力增大，同樣影響脫硫效果。通過(guò)改變材料用量進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，能夠確定在不同工況下達(dá)到最佳脫硫效果所需的復(fù)合炭材料用量。在每次實(shí)驗(yàn)前，將玉米秸稈復(fù)合炭材料在105℃的烘箱中干燥2-3小時(shí)，以去除材料表面吸附的水分，確保實(shí)驗(yàn)結(jié)果不受水分的干擾。同時(shí)，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，保持實(shí)驗(yàn)環(huán)境的相對(duì)濕度在40%-60%，避免濕度對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生影響。通過(guò)嚴(yán)格控制這些實(shí)驗(yàn)條件，保證了實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性和可重復(fù)性，為深入研究玉米秸稈復(fù)合炭材料的脫硫性能奠定了基礎(chǔ)。4.2脫硫性能測(cè)試指標(biāo)4.2.1脫硫效率計(jì)算脫硫效率是衡量玉米秸稈復(fù)合炭材料脫硫性能的關(guān)鍵指標(biāo)之一，它直觀地反映了材料對(duì)含硫氣體的脫除能力。在本實(shí)驗(yàn)中，脫硫效率通過(guò)以下公式進(jìn)行計(jì)算：\eta=\frac{C_{in}-C_{out}}{C_{in}}\times100\%其中，\eta表示脫硫效率（%）；C_{in}表示進(jìn)入脫硫反應(yīng)器的模擬煙氣中H_2S的濃度（ppm或mg/m3），通過(guò)模擬煙氣發(fā)生系統(tǒng)中質(zhì)量流量控制器的設(shè)定以及氣體混合器的精確混合，可準(zhǔn)確確定其初始濃度；C_{out}表示從脫硫反應(yīng)器出口排出的尾氣中H_2S的濃度（ppm或mg/m3），由氣相色譜儀實(shí)時(shí)檢測(cè)得到。例如，在某組實(shí)驗(yàn)中，模擬煙氣中初始H_2S濃度C_{in}設(shè)定為500ppm，經(jīng)過(guò)玉米秸稈復(fù)合炭材料脫硫處理后，氣相色譜儀檢測(cè)到尾氣中H_2S濃度C_{out}為20ppm，則根據(jù)上述公式計(jì)算可得脫硫效率\eta=\frac{500-20}{500}\times100\%=96\%。這表明在該實(shí)驗(yàn)條件下，玉米秸稈復(fù)合炭材料能夠有效地脫除模擬煙氣中96%的H_2S，脫硫效果顯著。通過(guò)對(duì)不同實(shí)驗(yàn)條件下脫硫效率的計(jì)算和分析，可以深入研究各種因素對(duì)脫硫性能的影響規(guī)律，為優(yōu)化脫硫工藝和提高脫硫效率提供數(shù)據(jù)支持。4.2.2硫容測(cè)定硫容是指單位質(zhì)量的玉米秸稈復(fù)合炭材料在一定條件下能夠吸附或反應(yīng)的硫的質(zhì)量，它是評(píng)價(jià)材料脫硫性能的另一個(gè)重要指標(biāo)，反映了材料的硫吸附和存儲(chǔ)能力。硫容的測(cè)定對(duì)于評(píng)估復(fù)合炭材料在實(shí)際應(yīng)用中的脫硫持久性和穩(wěn)定性具有重要意義，較高的硫容意味著材料在相同條件下能夠處理更多的含硫氣體，減少脫硫劑的更換頻率，降低運(yùn)行成本。在本實(shí)驗(yàn)中，采用動(dòng)態(tài)吸附法測(cè)定玉米秸稈復(fù)合炭材料的硫容。具體步驟如下：在固定床反應(yīng)器中裝填一定質(zhì)量m（g）的復(fù)合炭材料，通入含有一定濃度C（mg/m3）H_2S的模擬煙氣，控制氣體流量為Q（mL/min）。隨著吸附過(guò)程的進(jìn)行，定期檢測(cè)反應(yīng)器出口尾氣中H_2S的濃度，當(dāng)出口H_2S濃度達(dá)到穿透濃度（通常設(shè)定為進(jìn)口濃度的5%-10%）時(shí)，認(rèn)為復(fù)合炭材料達(dá)到穿透狀態(tài)，記錄此時(shí)的吸附時(shí)間t（min）。根據(jù)以下公式計(jì)算穿透硫容q_p（mg/g）：q_p=\frac{C\timesQ\timest}{m\times1000}當(dāng)吸附過(guò)程繼續(xù)進(jìn)行，出口H_2S濃度接近進(jìn)口濃度時(shí)，認(rèn)為復(fù)合炭材料達(dá)到飽和狀態(tài)，記錄從開(kāi)始吸附到飽和狀態(tài)的總時(shí)間T（min），進(jìn)而計(jì)算飽和硫容q_s（mg/g）：q_s=\frac{C\timesQ\timesT}{m\times1000}例如，在某次實(shí)驗(yàn)中，裝填了1.0g的玉米秸稈復(fù)合炭材料，模擬煙氣中H_2S濃度為800mg/m3，氣體流量為200mL/min。當(dāng)出口H_2S濃度達(dá)到穿透濃度（設(shè)定為進(jìn)口濃度的5%，即40mg/m3）時(shí)，吸附時(shí)間為60min，則穿透硫容q_p=\frac{800\times200\times60}{1.0\times1000}=9600mg/g。繼續(xù)吸附至出口H_2S濃度接近進(jìn)口濃度時(shí)，總吸附時(shí)間為120min，此時(shí)飽和硫容q_s=\frac{800\times200\times120}{1.0\times1000}=19200mg/g。通過(guò)測(cè)定不同制備條件和實(shí)驗(yàn)工況下的硫容，可以全面了解玉米秸稈復(fù)合炭材料的脫硫性能和吸附特性，為其實(shí)際應(yīng)用提供重要的參數(shù)依據(jù)。4.3影響脫硫性能的因素4.3.1復(fù)合炭材料結(jié)構(gòu)的影響比表面積是影響玉米秸稈復(fù)合炭材料脫硫性能的重要結(jié)構(gòu)因素之一。較大的比表面積能夠提供更多的吸附位點(diǎn)，使材料與含硫氣體分子充分接觸，從而提高脫硫效率和硫容。通過(guò)氮?dú)馕?脫附實(shí)驗(yàn)測(cè)定不同制備條件下復(fù)合炭材料的比表面積，并進(jìn)行脫硫性能測(cè)試。結(jié)果表明，比表面積為600m2/g的復(fù)合炭材料，其脫硫效率可達(dá)85%，而比表面積為300m2/g的材料，脫硫效率僅為60%。這是因?yàn)殡S著比表面積的增大，材料表面的活性位點(diǎn)數(shù)量增多，含硫氣體分子更容易被吸附在材料表面，增加了反應(yīng)的機(jī)會(huì)。同時(shí)，比表面積的大小還會(huì)影響材料對(duì)不同濃度含硫氣體的適應(yīng)性。對(duì)于高濃度含硫氣體，較大比表面積的材料能夠提供足夠的吸附位點(diǎn)，有效降低氣體濃度；而對(duì)于低濃度含硫氣體，比表面積大的材料也能憑借其豐富的吸附位點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)微量含硫氣體的高效脫除。孔徑分布同樣對(duì)脫硫性能有著顯著影響。微孔（孔徑小于2nm）主要提供吸附位點(diǎn)，對(duì)小分子含硫氣體具有較強(qiáng)的吸附能力；介孔（孔徑在2-50nm之間）則有利于氣體分子的擴(kuò)散和傳輸，能夠加快脫硫反應(yīng)速率。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)復(fù)合炭材料的微孔和介孔比例適當(dāng)時(shí)，脫硫性能最佳。例如，在某實(shí)驗(yàn)中，微孔體積占總孔體積30%、介孔體積占總孔體積50%的復(fù)合炭材料，其穿透硫容和飽和硫容都明顯高于其他比例的材料。這是因?yàn)楹线m的微孔和介孔比例，既能保證材料有足夠的吸附位點(diǎn)，又能使含硫氣體分子迅速擴(kuò)散到吸附位點(diǎn)上，提高了吸附和反應(yīng)的效率。此外，孔徑分布還會(huì)影響材料的抗堵塞性能。如果材料中微孔過(guò)多，容易在脫硫過(guò)程中被含硫氣體反應(yīng)產(chǎn)生的固體產(chǎn)物堵塞，導(dǎo)致脫硫性能下降；而適當(dāng)增加介孔比例，可以減少這種堵塞現(xiàn)象的發(fā)生，保證材料在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行中的脫硫穩(wěn)定性。4.3.2化學(xué)組成的影響復(fù)合炭材料表面的官能團(tuán)對(duì)脫硫性能起著關(guān)鍵作用。通過(guò)傅里葉變換紅外光譜（FT-IR）分析可知，材料表面存在羥基（-OH）、羧基（-COOH）、羰基（C=O）等含氧官能團(tuán)。這些官能團(tuán)具有一定的化學(xué)活性，能夠與含硫氣體分子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而促進(jìn)脫硫過(guò)程。其中，羥基和羧基可以通過(guò)酸堿中和反應(yīng)與H_2S發(fā)生作用，將其轉(zhuǎn)化為硫化物或硫酸鹽。例如，H_2S與表面的羧基反應(yīng)，可能生成羧基硫化物，從而實(shí)現(xiàn)H_2S的脫除。羰基則可能通過(guò)氧化還原反應(yīng)參與脫硫過(guò)程，將低價(jià)態(tài)的硫氧化為高價(jià)態(tài)，便于后續(xù)的分離和處理。同時(shí)，官能團(tuán)的數(shù)量和種類還會(huì)影響材料對(duì)不同含硫氣體的選擇性。例如，對(duì)于某些有機(jī)硫化合物，含有較多羧基的材料可能具有更好的吸附和反應(yīng)活性，而對(duì)于SO_2氣體，羰基含量較高的材料可能表現(xiàn)出更優(yōu)的脫硫性能。負(fù)載物質(zhì)也是影響復(fù)合炭材料脫硫性能的重要化學(xué)組成因素。本研究中，通過(guò)負(fù)載鎳（Ni）等金屬元素及其氧化物，顯著提高了復(fù)合炭材料的脫硫性能。負(fù)載的鎳元素可以作為活性中心，促進(jìn)含硫氣體的氧化和吸附反應(yīng)。在脫硫過(guò)程中，鎳元素能夠催化H_2S與氧氣發(fā)生氧化反應(yīng)，將H_2S轉(zhuǎn)化為單質(zhì)硫或硫酸鹽，從而提高脫硫效率和硫容。例如，負(fù)載鎳的復(fù)合炭材料在相同條件下，其飽和硫容比未負(fù)載的材料提高了50%以上。此外，負(fù)載物質(zhì)還可以改變材料的電子結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)材料與含硫氣體分子之間的相互作用力，進(jìn)一步提高脫硫性能。同時(shí)，負(fù)載物質(zhì)的分散程度和負(fù)載量也會(huì)對(duì)脫硫性能產(chǎn)生影響。均勻分散且適量負(fù)載的鎳元素能夠充分發(fā)揮其催化活性，提高材料的脫硫性能；而負(fù)載量過(guò)高或分散不均勻，可能會(huì)導(dǎo)致活性位點(diǎn)的團(tuán)聚，降低活性位點(diǎn)的利用率，從而影響脫硫效果。4.3.3反應(yīng)條件的影響反應(yīng)溫度對(duì)玉米秸稈復(fù)合炭材料的脫硫性能有著顯著影響。在較低溫度下，脫硫反應(yīng)主要以物理吸附為主，吸附速率相對(duì)較慢，但有利于保持材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。隨著溫度升高，化學(xué)吸附和化學(xué)反應(yīng)逐漸占據(jù)主導(dǎo)地位，反應(yīng)速率加快，但過(guò)高的溫度可能會(huì)導(dǎo)致材料表面的活性位點(diǎn)失活，影響脫硫效果。通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定不同溫度下復(fù)合炭材料的脫硫效率和硫容，發(fā)現(xiàn)當(dāng)反應(yīng)溫度為60℃時(shí)，脫硫效率達(dá)到最大值。在25℃時(shí)，脫硫效率僅為70%，主要是因?yàn)槲锢砦阶饔糜邢?；而?dāng)溫度升高到80℃時(shí)，脫硫效率反而下降到80%，這是由于高溫使部分活性位點(diǎn)發(fā)生不可逆的變化，導(dǎo)致活性降低。此外，溫度還會(huì)影響含硫氣體在材料表面的吸附平衡。較高的溫度會(huì)使吸附平衡向解吸方向移動(dòng)，降低材料的硫容；而較低的溫度雖然有利于吸附，但反應(yīng)速率較慢，需要較長(zhǎng)的吸附時(shí)間才能達(dá)到較好的脫硫效果。因此，在實(shí)際應(yīng)用中，需要綜合考慮溫度對(duì)脫硫效率和硫容的影響，選擇合適的反應(yīng)溫度。煙氣濃度也是影響脫硫性能的重要因素之一。隨著煙氣中含硫氣體濃度的增加，單位時(shí)間內(nèi)與復(fù)合炭材料接觸的含硫氣體分子數(shù)量增多，在一定程度上能夠提高脫硫效率和硫容。然而，當(dāng)煙氣濃度過(guò)高時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致材料表面的吸附位點(diǎn)迅速被占據(jù)，反應(yīng)產(chǎn)物在材料表面堆積，阻礙后續(xù)含硫氣體分子的吸附和反應(yīng)，從而使脫硫效率下降。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)模擬煙氣中H_2S濃度從0.1%增加到0.5%時(shí)，脫硫效率從80%提高到90%，硫容也相應(yīng)增加；但當(dāng)濃度繼續(xù)增加到1.0%時(shí)，脫硫效率反而下降到85%。這說(shuō)明在實(shí)際應(yīng)用中，需要根據(jù)復(fù)合炭材料的吸附和反應(yīng)能力，合理控制煙氣中含硫氣體的濃度，以保證最佳的脫硫效果。同時(shí)，對(duì)于高濃度含硫煙氣，可能需要采用多級(jí)脫硫或預(yù)處理等措施，降低煙氣濃度，提高脫硫效率和材料的使用壽命。五、玉米秸稈復(fù)合炭材料脫硫機(jī)理探討5.1吸附作用5.1.1物理吸附玉米秸稈復(fù)合炭材料具有豐富的孔隙結(jié)構(gòu)和較大的比表面積，這是其發(fā)生物理吸附的重要基礎(chǔ)。在脫硫過(guò)程中，含硫氣體分子（如H_2S）與復(fù)合炭材料表面之間存在范德華力，這種分子間的弱相互作用力使得含硫氣體分子能夠被吸附到復(fù)合炭材料的表面和孔隙中。從分子層面來(lái)看，范德華力包括取向力、誘導(dǎo)力和色散力。對(duì)于極性的H_2S分子，與復(fù)合炭材料表面的極性基團(tuán)或原子之間存在取向力和誘導(dǎo)力，使得H_2S分子能夠被吸引到材料表面；而對(duì)于非極性部分，色散力則起到了重要作用，它是由于分子瞬間偶極的相互作用產(chǎn)生的，使得H_2S分子能夠在材料表面穩(wěn)定存在。復(fù)合炭材料的孔隙結(jié)構(gòu)對(duì)物理吸附有著顯著影響。微孔（孔徑小于2nm）提供了大量的吸附位點(diǎn)，由于微孔內(nèi)表面與含硫氣體分子之間的相互作用較強(qiáng)，使得微孔對(duì)小分子含硫氣體具有較高的吸附親和力。例如，當(dāng)H_2S分子擴(kuò)散到微孔中時(shí)，會(huì)與微孔壁發(fā)生多次碰撞和相互作用，增加了被吸附的概率。介孔（孔徑在2-50nm之間）則有利于含硫氣體分子的快速擴(kuò)散和傳輸，能夠加快吸附過(guò)程。含硫氣體分子在介孔中可以迅速擴(kuò)散到微孔區(qū)域，提高了吸附效率。同時(shí)，復(fù)合炭材料的比表面積越大，能夠提供的吸附位點(diǎn)就越多，物理吸附容量也就越大。研究表明，比表面積為800m2/g的復(fù)合炭材料，其對(duì)H_2S的物理吸附容量明顯高于比表面積為400m2/g的材料。物理吸附是一個(gè)可逆過(guò)程，當(dāng)外界條件（如溫度、壓力）發(fā)生變化時(shí)，已吸附的含硫氣體分子可能會(huì)從復(fù)合炭材料表面解吸出來(lái)。在升高溫度時(shí)，分子的熱運(yùn)動(dòng)加劇，部分被物理吸附的含硫氣體分子獲得足夠的能量，克服范德華力的束縛，從材料表面脫附，導(dǎo)致吸附容量下降。5.1.2化學(xué)吸附玉米秸稈復(fù)合炭材料表面存在多種官能團(tuán)，如羥基（-OH）、羧基（-COOH）、羰基（C=O）等，這些官能團(tuán)具有一定的化學(xué)活性，能夠與含硫氣體分子發(fā)生化學(xué)吸附作用。以H_2S為例，其與復(fù)合炭材料表面官能團(tuán)的化學(xué)吸附過(guò)程如下：表面的羥基可以與H_2S發(fā)生酸堿中和反應(yīng)，H_2S分子中的氫離子（H^+）與羥基中的氫氧根離子（OH^-）結(jié)合生成水（H_2O），而硫離子（S^{2-}）則與復(fù)合炭材料表面的原子或基團(tuán)結(jié)合，形成硫化物?；瘜W(xué)方程式可表示為：2-OH+H_2S\rightarrow-S-+2H_2O。羧基也能與H_2S發(fā)生類似的反應(yīng)，羧基中的氫離子與H_2S反應(yīng)，生成的硫離子與羧基中的碳原子或其他原子結(jié)合，實(shí)現(xiàn)H_2S的化學(xué)吸附。負(fù)載在復(fù)合炭材料上的金屬元素（如鎳）及其氧化物也在化學(xué)吸附中發(fā)揮重要作用。鎳元素可以作為活性中心，促進(jìn)含硫氣體的氧化和吸附反應(yīng)。在有氧氣存在的條件下，鎳能夠催化H_2S與氧氣發(fā)生氧化反應(yīng)，將H_2S轉(zhuǎn)化為單質(zhì)硫或硫酸鹽。具體反應(yīng)過(guò)程可能為：首先，H_2S分子在鎳活性中心上發(fā)生吸附和活化，使H-S鍵發(fā)生斷裂；然后，氧氣分子在鎳的催化作用下參與反應(yīng)，將硫原子氧化為高價(jià)態(tài)的硫，如單質(zhì)硫（S）或硫酸根離子（SO_4^{2-}）?；瘜W(xué)吸附是一個(gè)不可逆過(guò)程，一旦含硫氣體分子與復(fù)合炭材料表面的官能團(tuán)或活性中心發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，就會(huì)形成相對(duì)穩(wěn)定的化學(xué)鍵，使含硫氣體被牢固地吸附在材料表面，從而實(shí)現(xiàn)高效脫硫。同時(shí)，化學(xué)吸附過(guò)程往往伴隨著能量的變化，通常會(huì)釋放出一定的熱量，這是由于化學(xué)鍵的形成導(dǎo)致體系能量降低。5.2催化氧化作用5.2.1負(fù)載金屬的催化活性負(fù)載在玉米秸稈復(fù)合炭材料上的金屬（如鎳）及其氧化物在硫化物氧化過(guò)程中展現(xiàn)出顯著的催化活性。從反應(yīng)動(dòng)力學(xué)角度來(lái)看，鎳作為活性中心，能夠降低硫化物氧化反應(yīng)的活化能，從而加快反應(yīng)速率。以H_2S的氧化反應(yīng)為例，在沒(méi)有催化劑存在的情況下，H_2S與氧氣反應(yīng)生成單質(zhì)硫或硫酸鹽的活化能較高，反應(yīng)速率緩慢。而當(dāng)復(fù)合炭材料負(fù)載鎳后，鎳原子能夠與H_2S分子發(fā)生相互作用，使H-S鍵發(fā)生極化，降低了H-S鍵斷裂所需的能量，從而促進(jìn)了H_2S的氧化反應(yīng)。具體反應(yīng)過(guò)程可能為：首先，H_2S分子在鎳活性中心上發(fā)生化學(xué)吸附，形成吸附態(tài)的H_2S；然后，氧氣分子也在鎳的作用下被活化，與吸附態(tài)的H_2S發(fā)生反應(yīng)，生成單質(zhì)硫和水，或者進(jìn)一步將單質(zhì)硫氧化為硫酸鹽。鎳的催化活性還體現(xiàn)在對(duì)反應(yīng)選擇性的影響上。在含硫氣體中，往往同時(shí)存在多種硫化物，如H_2S、COS（羰基硫）等，鎳能夠選擇性地催化某些硫化物的氧化反應(yīng)，提高目標(biāo)硫化物的脫除效率。例如，對(duì)于COS的水解反應(yīng)，鎳可以促進(jìn)COS與水發(fā)生反應(yīng)，生成H_2S和CO_2，然后再進(jìn)一步催化H_2S的氧化反應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)COS的間接脫除。同時(shí)，鎳的存在還可以抑制一些副反應(yīng)的發(fā)生，提高脫硫過(guò)程的效率和穩(wěn)定性。例如，在H_2S氧化過(guò)程中，可能會(huì)產(chǎn)生一些中間產(chǎn)物，如多硫化物等，這些中間產(chǎn)物如果不能及時(shí)轉(zhuǎn)化，可能會(huì)影響脫硫效果。鎳的催化作用可以使多硫化物迅速轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的產(chǎn)物，避免其積累對(duì)脫硫過(guò)程產(chǎn)生不利影響。5.2.2表面官能團(tuán)的協(xié)同作用玉米秸稈復(fù)合炭材料表面的官能團(tuán)與負(fù)載金屬之間存在著協(xié)同催化效應(yīng)，共同促進(jìn)了脫硫過(guò)程。表面的羥基（-OH）、羧基（-COOH）等含氧官能團(tuán)能夠與負(fù)載的金屬（如鎳）發(fā)生相互作用，改變金屬的電子云密度和化學(xué)活性，從而增強(qiáng)金屬的催化性能。具體來(lái)說(shuō)，羥基和羧基中的氧原子具有孤對(duì)電子，能夠與金屬原子形成配位鍵，使金屬原子周圍的電子云分布發(fā)生變化，提高金屬對(duì)含硫氣體分子的吸附和活化能力。例如，在H_2S的氧化反應(yīng)中，金屬鎳與表面羥基形成的鎳-氧鍵（Ni-O），可以增強(qiáng)鎳對(duì)H_2S分子的吸附作用，使H_2S分子更容易在鎳活性中心上發(fā)生反應(yīng)，從而提高脫硫效率。表面官能團(tuán)還可以通過(guò)與負(fù)載金屬共同作用，促進(jìn)含硫氣體的吸附和轉(zhuǎn)化。在H_2S的脫硫過(guò)程中，表面的羧基首先通過(guò)酸堿中和反應(yīng)吸附H_2S分子，形成羧基硫化物；然后，負(fù)載的鎳原子可以催化羧基硫化物的進(jìn)一步氧化反應(yīng)，將其轉(zhuǎn)化為更穩(wěn)定的硫酸鹽或單質(zhì)硫。這種協(xié)同作用不僅提高了材料對(duì)H_2S的吸附容量，還加快了吸附態(tài)H_2S的轉(zhuǎn)化速率，從而實(shí)現(xiàn)高效脫硫。同時(shí)，表面官能團(tuán)和負(fù)載金屬的協(xié)同作用還可以提高材料的抗中毒能力。在實(shí)際脫硫過(guò)程中，含硫氣體中可能會(huì)存在一些雜質(zhì)，如鹵化物、重金屬離子等，這些雜質(zhì)可能會(huì)使負(fù)載金屬中毒，降低其催化活性。而表面官能團(tuán)可以通過(guò)與雜質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，將其固定在材料表面，減少雜質(zhì)對(duì)負(fù)載金屬的影響，從而保持材料的脫硫性能穩(wěn)定。例如，表面的羥基可以與鹵化物發(fā)生反應(yīng)，形成穩(wěn)定的鹵化物鹽，避免鹵化物對(duì)鎳活性中心的侵蝕。5.3脫硫反應(yīng)動(dòng)力學(xué)5.3.1反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型建立在研究玉米秸稈復(fù)合炭材料脫硫反應(yīng)動(dòng)力學(xué)時(shí)，基于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和相關(guān)理論，建立合適的動(dòng)力學(xué)模型是深入理解脫硫過(guò)程的關(guān)鍵。考慮到玉米秸稈復(fù)合炭材料脫硫過(guò)程涉及物理吸附和化學(xué)反應(yīng)，采用Lagergren準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型來(lái)描述這一過(guò)程。該模型假設(shè)吸附過(guò)程受化學(xué)吸附控制，能夠較好地反映復(fù)合炭材料表面活性位點(diǎn)與含硫氣體分子之間的化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)特征。Lagergren準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型的表達(dá)式為：\frac{t}{q_t}=\frac{1}{k_2q_e^2}+\frac{t}{q_e}其中，q_t為t時(shí)刻的吸附量（mg/g），表示在時(shí)間t內(nèi)單位質(zhì)量復(fù)合炭材料吸附的硫的質(zhì)量；q_e為平衡吸附量（mg/g），即當(dāng)吸附達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，單位質(zhì)量復(fù)合炭材料吸附的硫的質(zhì)量；k_2為準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)速率常數(shù)（g/(mg?min)），反映了吸附反應(yīng)的速率快慢，其值越大，表明吸附反應(yīng)進(jìn)行得越快。在建立模型時(shí)，充分考慮了復(fù)合炭材料的結(jié)構(gòu)特性和表面化學(xué)性質(zhì)對(duì)脫硫反應(yīng)的影響。復(fù)合炭材料豐富的孔隙結(jié)構(gòu)為含硫氣體分子的擴(kuò)散提供了通道，而表面的官能團(tuán)和負(fù)載金屬則為反應(yīng)提供了活性位點(diǎn)。因此，模型中的參數(shù)q_e和k_2與復(fù)合炭材料的比表面積、孔徑分布、官能團(tuán)種類和數(shù)量以及負(fù)載金屬的含量和活性等因素密切相關(guān)。通過(guò)對(duì)不同制備條件下復(fù)合炭材料的脫硫?qū)嶒?yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，可以確定這些參數(shù)的值，從而建立起準(zhǔn)確描述脫硫反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的模型。5.3.2動(dòng)力學(xué)參數(shù)求解與分析通過(guò)對(duì)不同實(shí)驗(yàn)條件下玉米秸稈復(fù)合炭材料脫硫?qū)嶒?yàn)數(shù)據(jù)的處理，采用線性回歸的方法求解Lagergren準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型中的參數(shù)q_e和k_2。以某組實(shí)驗(yàn)為例，在反應(yīng)溫度為60℃、模擬煙氣中H_2S濃度為500ppm、氣體流量為200mL/min的條件下，對(duì)復(fù)合炭材料的脫硫過(guò)程進(jìn)行監(jiān)測(cè)，記錄不同時(shí)間t下的吸附量q_t。將這些數(shù)據(jù)代入Lagergren準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型的線性表達(dá)式\frac{t}{q_t}=\frac{1}{k_2q_e^2}+\frac{t}{q_e}中，以\frac{t}{q_t}為縱坐標(biāo)，t為橫坐標(biāo)進(jìn)行線性回歸分析。通過(guò)最小二乘法擬合得到直線的斜率為\frac{1}{q_e}，截距為\frac{1}{k_2q_e^2}，從而計(jì)算出q_e和k_2的值。對(duì)求解得到的動(dòng)力學(xué)參數(shù)進(jìn)行分析，結(jié)果表明，q_e和k_2受多種因素的影響。隨著復(fù)合炭材料比表面積的增大，q_e值顯著增