PDF《同步辐射小角 ！ 射线散射方法研究由 城市固体垃圾制备的活...》

同步辐射小角 ! 射线散射方法研究由 城市固体垃圾制备的活性炭 荣利霞!) " 解立平#) 董宝中!) 林伟刚#) 王俊!) !) (中国科学院高能物理研究所,北京 !$$$%&) #) (中国科学院过程工程研究所,北京 !$$$'$) (#$$# 年(月!' 日收到;

#$$# 年)月!# 日收到修改稿) 应用同步辐射小角 * 射线散射方法研究了由不同城市固体垃圾制备而成的活性炭的孔结构+ 结果发现利用木 类、 纸张、 塑料这三类典型垃圾组分的热解残余物为原料制备中孔发达的活性炭是可行的+ 活性炭的形态和结构取 决于垃圾热解残余物的组分和热解程度等因素+ 关键词:小角 * 射线散射,活性炭,分形维数,平均孔径 " 通讯联系人+ ,-.

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引言垃圾焚烧技术可有效解决日益增加的城市生活 垃圾对环境质量带来的危害, 并可利用焚烧过程中 产生的能量发电, 但垃圾的直接焚烧会引起诸多问 题, 如产生剧毒物质二恶英 (>?, @?) 、 A=1 等 有害气体, 会带来环境污染, 同时产生的酸性气体如 A=1 等还会造成炉内金属物腐蚀等危害+ 研究表明, 垃圾先热解再焚烧是垃圾能源化的有效途径+ 本文 所研究的活性炭是以城市垃圾为原料制备的, 它可 用于垃圾热解、 燃烧过程中产生的大分子有机污染 物如二恶英的吸附、 净化处理, 这就为垃圾资源化、 能源化的综合利用开辟了一条新途径, 因此由这种 新方法制得的活性炭的结构性能就成为研究的目标 之一+研究活性炭孔结构的方法一般采用吸附法, 但 吸附法所用介质只能进入多孔材料的开孔体系, 因 此由吸附法检测到的孔结构信息仅仅是关于多孔材 料中的开孔部分, 而多孔材料中的孔隙既有开孔, 又 有闭孔, 当检测多孔材料的孔结构时, 吸附法存在一 定的局限性;

由于同步辐射 * 射线可以穿透样品, 从 而可以得到多孔材料中开孔和闭孔的信息总和, 因 此用同步辐射小角 * 射线散射 (BCDB) 研究多孔活 性炭材料的中孔结构具有显著的优点+ BCDB 方法可以探测样品内部纳米尺寸 (#― !$$4.) 的微粒子或中孔的结构变化, 是研究多孔材 料的中孔结构变化的重要手段之一 [!―%] + BCDB 方法 较之其他方法具有统计性好、 样品无需特殊制备、 可 保持原初形态等优点+我们采用同步辐射作光源, 强 度高, 准直性好, 偏振性好, 可克服常规 * 射线光源 实验中小角散射信号弱的缺点, 提高了实验分辨率, 缩短了实验时间+同时, 很大程度上提高了小角散射 实验的效率和应用范围+ 分形是局部和整体以某种方式自相似的集合, 大多数随机聚集过程均产生分形结构 [(, E] +分形维数 ! 是其不规则程度的定量表征参数+ ! 往往不仅与 其结构及性能参量有关, 而且还在一定程度上反映 分形的形成机理+ BCDB 是研究物质分形结构的有力 工具 [), F] + ?0?@ 定律的偏离, 这 种情况可以根据微观结构细节来解释, 如果散射体 系中存在模糊的相边界, 即存在第三相, 将会产生高 角散射强度的低下, 造成 #!& 3!! 图出现负的斜率, 称为 >?0?@ 定律的负偏离, 另一方面, 如果热密度起 伏的出现使粒子内部电子密度不均匀, 造成散射强 度在高角度的提高, 造成 #!& 3!! 图不是水平直线, 而呈现正的斜率, 称为 >?0?@ 定律的正偏离, 在4564 实验中, 如图 + 所示, 具有分形特征的 粒子其