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| 內容簡介： |
本书以秸秆的高值化功能材料制备以及水处理性能研究为主线，主要介绍了秸秆当前的综合利用现状，尤其是在水处理功能材料方面的研究，包括高级氧化水处理催化材料生物炭和木质素基絮凝剂，详细介绍了纳米零价铁生物炭、木质素基絮凝剂、铁-氮生物炭的制备过程和转化机制，描述了材料的物理化学特性，着重探究了材料在水处理应用中的催化效能和絮凝效能，并分析其作用机制，旨在为未来秸秆的规模化高值转化技术提供理论指导，为水污染深度处理提供新材料。
本书介绍了秸秆基水处理材料制备的改进方法，可以同时实现两类水处理材料的转化，而且对材料的性能和作用机理作出了较全面的分析阐释，可供从事固体废物及水处理相关研究的科研人员和技术人员参考，也可供高等学校环境科学与工程、资源循环科学与工程、生态工程及相关专业师生参阅。
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| 關於作者： |
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卓胜男，河南省科学院地理研究所助理研究员，主要从事生物质资源的分离及转化、环境功能材料的开发及水处理应用研究，在生物质分离方法探究、生物质基材料包括吸附剂、催化剂、絮凝剂等制备及其在水污染去除方面积累了丰富的经验。累计发表SCI论文20余篇，一作及通讯文章9篇，获授权发明专利7项，获批主持及参与项目8项。
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| 目錄：
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第1章 概述 001
1.1 秸秆的结构特性 002
1.2 秸秆的利用现状 005
1.2.1 秸秆的肥料化 006
1.2.2 秸秆的饲料化 006
1.2.3 秸秆的燃料化 007
1.2.4 秸秆的基料化 009
1.2.5 秸秆的原料化 010
1.2.6 秸秆的高值化 010
1.3 水体典型有机污染及其处理 011
1.3.1 医药类污染及其处理 011
1.3.2 染料污染及其处理 014
1.4 秸秆材料在水体有机污染物去除领域中的应用 017
1.4.1 秸秆基生物炭的吸附和催化 017
1.4.2 铁基生物炭催化去除有机污染物 018
1.4.3 木质素基絮凝剂 021
1.4.4 木质素基絮凝剂去除染料 022
1.5 秸秆基水处理材料的制备及改进 024
1.5.1 铁基生物炭的制备 024
1.5.2 木质素基絮凝剂的制备 027
1.5.3 秸秆基水处理材料的改进 027
参考文献 028
第2章 秸秆基水处理材料制备、表征及污染物去除效果检测 039
2.1 实验材料与化学试剂 040
2.1.1 秸秆来源与目标污染物 040
2.1.2 主要化学药剂 042
2.2 实验仪器与设备 043
2.3 秸秆基水处理材料的制备 044
2.3.1 纳米零价铁生物炭的制备 045
2.3.2 木质素基絮凝剂的制备 045
2.3.3 铁-氮生物炭的制备 046
2.4 秸秆基水处理材料的表征方法 046
2.4.1 物理特性表征 046
2.4.2 化学特性表征 047
2.4.3 木质素基絮凝剂的组分分析 048
2.5 污染物的去除实验 049
2.5.1 对乙酰氨基酚的降解实验 049
2.5.2 阴离子染料的絮凝实验 050
2.5.3 四环素的降解实验 050
2.6 去除效果的分析与检测 051
2.6.1 污染物的浓度测试 051
2.6.2 污染物的降解产物分析 051
2.6.3 铁离子浸出浓度的检测 053
2.6.4 污染物的矿化率分析 053
2.6.5 过硫酸盐浓度的检测 053
2.6.6 浊度和悬浮物检测 053
2.6.7 木质素的检测 053
2.6.8 电化学测试 054
2.6.9 密度泛函理论计算方法 054
参考文献 055
第3章 纳米零价铁生物炭的催化性能研究 057
3.1 纳米零价铁生物炭的制备过程机制 058
3.1.1 纳米零价铁生物炭制备方法的提出 058
3.1.2 纳米零价铁生物炭的合成机制 062
3.2 纳米零价铁生物炭的物理化学特性 067
3.2.1 比表面积和孔结构分析 067
3.2.2 磁性特征分析 068
3.2.3 缺陷结构表征 069
3.2.4 表面官能团和化学组成分析 070
3.3 纳米零价铁生物炭活化过硫酸盐降解对乙酰氨基酚 072
3.3.1 对乙酰氨基酚降解的条件优化 074
3.3.2 对乙酰氨基酚降解的影响因素实验 076
3.3.3 纳米零价铁生物炭的稳定性和循环利用性 081
3.4 纳米零价铁生物炭的催化机制 083
3.4.1 反应体系中活性氧物种分析 083
3.4.2 nZVI-BC 的化学结构变化 086
3.4.3 反应过程中PDS 的浓度变化 089
3.4.4 纳米零价铁生物炭的催化机制总结 089
3.5 对乙酰氨基酚的降解产物及降解途径 091
参考文献 095
第4章 木质素基絮凝剂的絮凝性能研究 102
4.1 木质素纳米颗粒的形成与表征 103
4.1.1 木质素纳米颗粒的自组装形成 103
4.1.2 木质素纳米颗粒的化学特性 105
4.2 木质素基絮凝剂去除阴离子染料的效能 108
4.2.1 木质素基絮凝剂的投加量对染料脱色效能的影响 108
4.2.2 溶液初始pH 值对染料脱色效能的影响 110
4.2.3 商业絮凝剂去除染料的效能 113
4.2.4 染料去除过程中浊度及悬浮物的变化 116
4.2.5 絮凝反应前后木质素的变化 119
4.2.6 共存离子对染料脱色效能的影响 120
4.3 木质素基絮凝剂去除阴离子染料的机制 121
4.3.1 絮体的形貌表征 121
4.3.2 絮凝反应前后溶液的电荷变化 123
4.3.3 絮体与木质素纳米颗粒的结构对比 124
4.3.4 木质素基絮凝剂的组分对絮凝反应的影响 129
4.3.5 絮凝过程在线监测及机制总结 133
参考文献 138
第5章 铁-氮生物炭的催化性能研究 142
5.1 铁-氮生物炭的特性 143
5.2 铁-氮生物炭活化PDS 降解四环素的效能 153
5.2.1 四环素降解的条件优化 154
5.2.2 四环素降解的影响因素实验 157
5.3 铁-氮生物炭活化PDS 降解四环素的机制 161
5.3.1 反应体系中活性氧物质分析 162
5.3.2 铁-氮生物炭反应前后结构的变化 166
5.3.3 铁-氮生物炭活化过硫酸盐的DFT 计算 169
5.4 四环素的降解产物及途径 174
5.4.1 反应位点预测 174
5.4.2 四环素的降解产物及途径 177
5.5 铁-氮生物炭的稳定性和循环利用性考察 180
5.5.1 反应过程中铁离子的浸出 180
5.5.2 铁-氮生物炭的循环利用性分析 181
参考文献 182
第6章 结论及发展趋势 187
6.1 结论 188
6.2 成果创新点和进一步研究方向 189
6.3 发展趋势分析 190
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| 內容試閱：
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我国是农业大国，每年产生数亿吨的废弃秸秆，对其进行不当焚烧及填埋处理造成了严重的环境污染和资源浪费。自2020年中国在第七十五届联合国大会上向全世界作出实现“双碳”目标的承诺以来，我国出台了相应的政策文件支持减污降碳。秸秆作为大宗固体废物之一，其综合治理受到国家的重视。2021年3月8日，国家发展改革委出台《关于“十四五”大宗固体废弃物综合利用的指导意见》，明确提出：大力推进秸秆综合利用，推动秸秆综合利用产业提质增效。当前我国对秸秆的综合利用以“五化” (肥料化、饲料化、燃料化、原料化、基料化)为主，但不能只停留在“五化”上。2021年10月国务院印发的《2030年前碳达峰行动方案》中明确提出了“加快推进秸秆高值化利用”要求，为秸秆的未来处理处置指明了方向。因此，大力发展秸秆的高值化利用对实现“双碳”目标意义重大。
秸秆具备绿色、低碳、可持续利用的优势和特点，天然的高分子芳香结构使其在水处理功能材料的高值转化和利用方面得到了广泛的关注和研究。然而，笔者阅读大量的文献研究发现，当前秸秆基水处理催化剂和絮凝剂的转化思路和处理技术都是独立的，严格来说并不能在真正意义上实现秸秆的综合利用。
因此，笔者长期以来围绕秸秆做高值材料的转化研究，通过不断地思考和试验，探索出了制备秸秆基生物炭和絮凝剂的改进方法，使材料获得了性能上的提升。通过数据分析，整理编写了《秸秆基水处理材料制备及性能研究》，希望把这些经验和思路分享给读者，为该领域科研人员和高等学校相关专业师生在制备秸秆基新材料方面提供思想上的启发，同时为未来秸秆的规模化、一体化转化技术提供借鉴。
本书共6章：第1章是对秸秆的综合利用和基于秸秆制备的功能材料在水污染处理领域中的研究现状的概述；第2章介绍了秸秆基水处理材料生物炭和絮凝剂的制备方法、材料表征方法、效能测试方法及其他分析方法；第3～5章分别对应第2章制备的三种材料进行了性能探究，分别为纳米零价铁生物炭的催化效能和机制、木质素基絮凝剂的脱色效能和絮凝机理、铁-氮生物炭参与降解抗生素的催化效能和机制；第6章是对本书成果的总结和对材料未来发展的展望。本书从秸秆的特性入手，到秸秆的材料转化机理，再到应用实例及其作用机理研究，由浅入深，便于读者更好地阅读和理解。
本书由卓胜男根据过往的研究数据整理和撰写，同时感谢哈尔滨工业大学提供的科研平台，感谢国家自然科学基金委员会、河南省联合基金、河南省科学院的项目支持。本书参阅的文献资料均已列出，若有疏漏敬请谅解。在此，向所有的参考文献作者表示衷心的感谢。
限于著者水平及撰写时间，书中不足和疏漏之处在所难免，敬请读者批评指正。
著者
2025年2月
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