摘要: 鉴于能源危机问题和重金属污染及秸秆焚烧带来的一系列环境问题，生物质材料的综合利用越来越受人们的重视。生物质芒草含有丰富的木质纤维素和高含量的碳元素和氧元素，既以作为能源材料，又以作为生物炭材料，优势显著。本研究以芒草为实验材料，分... 展开 鉴于能源危机问题和重金属污染及秸秆焚烧带来的一系列环境问题，生物质材料的综合利用越来越受人们的重视。生物质芒草含有丰富的木质纤维素和高含量的碳元素和氧元素，既以作为能源材料，又以作为生物炭材料，优势显著。本研究以芒草为实验材料，分析了不同预处理方法对酶解产糖的影响，探讨了预处理方法对产糖效率的机理。此外，本研究还利用芒草制备生物炭吸附材料，探讨了材料对溶液中Cr(VI)离子的吸附特性及相关吸附机理。论文的主要结果如下： （1）预处理方式对芒草酶解产糖效率具有较大影响。12.0%NaOH溶液预处理下，其酶解效率最高(73.4%)。1.0%CaO和微波预处理的酶解效率低于对照。微波联合碱预处理能短时间内提高芒草的酶解效率。微波+1.0%NaOH预处理(27.59%)比微波+1.0%CaO预处理(5.21%)的酶解效率高4.3倍。微波结合低浓度的碱对酶解有促进作用，而微波结合高浓度的碱对酶解有抑制作用。采用扫描电子显微镜(SEM)、刚果红(Congo red)染色和傅里叶变换红外光谱(FT-IR)表征分析方法，对比研究了芒草在不同预处理前后残渣的结构及表面形貌的变化，结果表明不同预处理方式不同程度地破坏了木质纤维素结构，降低了纤维素、半纤维素和木质素之间的结合力，从而提高了纤维素的可及度，增强了纤维素酶解效率。孔隙度(刚果红最大吸附量)与纤维素酶解效率呈正相关性。 （2）芒草生物炭对Cr(VI)离子具有较好的吸附性能。利用热重(TG)分析了生物炭合适制备温度为500℃。随着生物炭用量的增加，Cr(VI)离子的吸附量下降；在较低pH条件下有利于生物炭对Cr(VI)离子的吸附。当吸附温度为30℃，Cr(VI)初始浓度为50mg/L，pH值为2.0，生物炭添加量为0.02g时，Cr(VI)离子的吸附量可达20.0mg/g。生物炭吸附过程符合准二级吸附动力学模型，吸附等温线为Freundlich类型。吸附过程主要是化学吸附，其根本原因是Cr(VI)与生物炭表面的含氧官能团发生了氧化还原反应。此外，对芒草生物炭进行多种表征分析，结果表明整个吸附过程还可能涉及物理吸附、静电吸引和表面络合作用。 以上结果不但阐述了芒草预处理方式对酶解产糖的重要性，而且评价了芒草生物炭对重金属离子的高效吸附性。该研究为芒草这种典型的生物质材料的高效综合利用提供了有价值的理论基础。 收起