柠条活性炭力学试验研究-毕业论文.docx

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1、毕业论文中文摘要柠条活性炭力学试验研究摘要为解决柠条的转化问题和柠条灌木林的可持续发展问题，对柠条活性炭的力学特征展开研究。试验采用完全随机区组设计，选取不同含水率及加载速度对柠条活性炭分别进行压缩、剪切、三点弯曲试验，结果表明：含水率、加载速度对柠条活性炭抗压强度、抗剪强度、抗弯强度影响均显著。浸水处理后，柠条活性炭的抗压、抗剪强度增强，破坏所需能量也随之增加。柠条活性炭抗压强度最大值为5.15MPa,抗剪强度最大值为3.46MPa,抗弯强度最大值为2. 98MPa,由此可见柠条活性炭抗压强度高于抗剪和抗弯强度，压缩破坏能最大为97.59Kj,最小为58.59 Kj。为柠条生物质材料加工工艺

2、与装备研制提供理论支持。关键词：柠条活性炭；力学特性；破坏力；破坏能毕业论文英文摘要Experimental study on mechanical properties ofactivated carbon from caragana korshinskiiAbstractIn order to solve the transformation problem of Caragana korshinskii and thesustainable development problem of Caragana korshinskii shrubs, the mechanicalcharacte

3、ristics of activated carbon from Caragana korshinskii were studied. Theexperiment adopted completely random block design, and different water content andloading speed were selected to carry out compression, shear and three-point bending testson the Caragana korshinskii activated carbon The results s

4、howed that the water contentand loading speed had significant effects on the compressive strength, shear strength andbending strength of the Caragana korshinskii activated carbon. After soaking in water,the compressive and shear strength of Caragana korshinskii activated carbon increased,and the ene

5、rgy required for destruction also increased. The maximum compressivestrength, shear strength and bending strength of the Caragana korshinskii activatedcarbon are 5.15MPa, 3.46MPa and 2.98MPa respectively. It can be seen that thecompressive strength of the Caragana korshinskii activated carbon is hig

6、her than theshear and bending strengths, and the maximum compressive failure energy is 97.59kJand the minimum is 58.59kJ. To provide theoretical support for the research anddevelopment of the processing technology and equipment of Caragana korshinskiibiomass materiaLKeyword: Caragana activated carbo

7、n; Mechanical properties; Destructive power;failure energy1绪论11.1 研究背景及意义11.2 国内外研究现状31.3 研究内容41.3.1 研究内容41.3.2 技术路线52试验方法及材料52.1 试验材料52.2 试验设计62.3 试验方案72.3.1 压缩试验方案72.3.2 剪切试验方案82.3.3 弯曲试验方案83压缩力学特性93.1 试验数据93.2 数据分析103.2.1 方差分析103.2.2 加载速度对压缩力学特性的影响113.2.3 含水率对压缩力学特性的影响113.3 断面情况分析124剪切力学特性134.1 试

8、验数据134.2 数据分析134.2.1 方差分析134.2.2 加载速度对压缩力学特性的影响144.2.3 含水率对压缩力学特性的影响154.3 断面情况分析155弯曲力学特性175.1 试验数据175.2 数据分析185.2.1 方差分析185.2.2 加载速度对压缩力学特性的影响195.2.3 含水率对压缩力学特性的影响195.3 断面情况分析206结论22参考文献23致谢25柠条活性炭力学试验研究1绪论1.1 研究背景及意义柠条，学名Caragana korshinskii kom,又称中间锦鸡儿，为豆科锦鸡儿属落叶灌木类植物，高约14米，大约有一百多种品种，主要生长于内蒙、宁夏等黄土

9、高原和西北荒漠等地区。处于开花期的柠条花朵繁茂，是西北地区优良的蜜源树种。因其具有根系发达、抗逆性强、耐寒抗高温U”对水分要求不高、适应性强且成活率高等特点，故常用来进行水土保持和固沙造林，对于迫切需要恢复植被的地带具有重大的意义。同时柠条还具有很强的再生能力，且生长周期短，且枝叶稠密，在生长过程中每35年就要进行一次复茬，复茬的周期很短，每亩能产条数百千克，产生了大量的枝和茎秆，提供了很丰富的资源。其茎条有丰富的植物纤维和韧性，可以用来搓麻绳、织麻袋、农产品包装四等。同时，它的根、花、种子都可入药，具有一定的活血、镇静、杀虫等功效151 o产生的枝条具有作饲料、入药、绿肥、燃料、木质纤维等价

10、值。可以充分调动西北地区的人民治沙的积极性，同时可以带来一笔可观的经济效益。植物废料主要是指在修剪树木过程中产生的枝条、树叶、草屑等，是一种很好的可再生的资源，但植物废料大多都是松散体，形状各异，对处理工具的适应性差，堆放时占地体积大，远距离运输效率较低，因而在实际生活中对果壳、树枝、秸秆等的利用就十分有限了。日常中将这些植物废料一般经过发酵以收集沼气，或者用来酿制生产酒精,以减少资源的浪费。据联合国粮农组织的统计，全世界绝大部分的植物废料都被烧掉,或者被掩埋在农田里用于堆肥，还有的被用作动物饲料，只有少部分被用于新型材料的研发和应用中。由此可见，植物废料的有效利用率很低，尤其是对我国这样的农

11、业大国来说，每年产生的植物废料高达数亿吨，但利用率却只有33%,这不仅造成了资源的浪费，而且在焚烧时产生大量的二氧化碳等气体更会对环境造成的严重污染因此，寻找一条资源合理化利用植物废料的途径，对实现农业可持续发展以及资源再利用具有重要的意义。生物质炭，英文名为biochar,生物质炭是指生物质在缺氧或无氧的条件下进行低温热裂解得到的富炭固体物质。其产物大多为颗粒状，其内部孔隙结构发达，含有丰富的极性官能团，这些特性使生物质炭具有很好的吸附性，可以有效吸附土壤中的重金属物和有机污染物口叫同时还含有氮、磷、钾等有利于促进植物生长的元素，因此常被用来改良土壤，一方面可以吸附土壤中的农药残留，另一方面

12、生物质炭具有良好的吸水性,能提高土壤的蓄水能力以及土壤的透气性口纥除此之外，生物质炭也可以用作制备活性炭的原材料，对生物质炭进行一定的活化处理就可制得活性炭，大大缩短了制备活性炭的时间和流程，对活性炭的量产和提高经济效益都有很大的影响。活性炭是由木质、煤制等含碳的有机原料在隔绝空气的条件下进行加热，进行炭化后用气体侵蚀表面，即活化法来制备而成的一种类微晶质碳素材料。是一种黑色多孔无定形的固体碳质，活性炭经活化后表面留下了无数细小的孔隙，微孔直径一般在250纳米这一范围，活性炭的表面积为5001500m2/g6,因其内部有发达的孔隙结构、较大的表面积以及丰富的化学基团，故具有较强的吸附力，目前对

13、活性炭材料的应用皆基于这一特点。活性炭常被用来过滤和脱色，被广泛运用于食品、催化剂、医药、电极材料、催化剂、工业生产等方面。活性炭根据所用原料可以分为木质活性炭(例如竹子、椰壳、坚果果壳、木炭等)、矿物活性炭(以煤或石油类产品等)、其他原料(塑料、橡胶等)制成的活性炭。采用柠条制备活性炭，不仅能开拓灌木类资源的利用途径，而且可以带动黄土高原和荒漠地区的生态建设和经济建设。柠条活性炭的制备方法主要包括物理法、化学法和化学物理活化法三种。化学法是以柠条为原料，经微波碳化预处理后，再加入化学试剂进行活化处理来制备的。柠条通过活化剂在高温下进行一系列化学反应，变成活性炭,生成发达的孔隙结构，从而具有很

14、强的吸附性能。物理法是在高温下(6001()()()以水蒸汽、二氧化碳、氧气或其他混合气体为活化的介质下制成的。化学物理活化法是在原料中按比例加入一定的活化剂进行改性浸渍处理，加工成型后再经过炭化和活化。随着经济的发展，人们对生活品质的要求逐步提升，人们对居住环境的要求也越来越高，一方面购买空气净化器来改良室内空气；一方面在浴室填充吸水材料，防止淋浴时水流到客厅等地，造成清洁的不便甚至是财产的损失；在房间摆置具有吸附性能工艺品，不仅能审美情趣，还能改善室内空气，提高生活品质。柠条活性炭就可以用来制作工艺品、渗水砖、空气净化器中的过滤薄板或卫生间干湿分离的填充料，但这些用途都对材料的承受破坏载荷

15、能力具有一定的要求，为了保证该工艺品或薄板在额定载荷作用下的结构不被破坏，同时合理进行保存和运输活性炭，即要对活性炭的强度和刚度有一定的要求，就需要对柠条活性炭的力学性质进行科学的试验研究，故本文从柠条活性炭进行拉伸、三点弯曲、剪切时的变形特点、破坏力的大小等方面展开研究。1.2 国内外研究现状活性炭法研究历史悠久，早在1900年以前，就有用麦粉、焦油和MgCO3混合加热制脱色炭或用纸厂废物和碳酸烧制脱色炭。谢勒和方塔钠在1777年分别发现木炭能吸附大量的气体和空气。1785年，洛维茨证实了木炭能使某些液体脱色，英国糖厂首次将这个发现应用于生产中。1900-1901年，奥斯特雷杰科发明了用气体法制备活性炭。1911年，维也纳工厂用氯化锌活化法生产出用于防毒面具的活性炭颗粒。1929年后，美国扩展用果壳、泥煤等制备活性炭用于水处理。目前，我国已有大约30个左右的研究机构从事有关活性炭的科研和技术开发研究工作。对活性炭工业化的发展起到一定的推动作用。清华大学新型炭材料研究室，隶属于清华大学材料科学与工程院教育部先进材料实验室。