功能化多孔碳的制备及其对芳烃的吸附

液体石蜡油是重要的化工原料,但其芳香烃杂质会严重影响下游产品质量.以木质素磺酸钠为基体,ZnCl₂为活化剂,用后接枝法引入巯基官能团,再在管式炉中通入氮气进行高温碳化,制备了多孔碳材料(PSC)并研究了其对典型芳香族杂质的吸附.结果表明：不同处理条件(微波、超声波、蓝光)下,对液体石蜡中萘的吸附都产生显著影响,其中比表面积从1177.57 m²·g^-1至1775.42 m²·g^-1不等,最大吸附量达702.28 mg·g^-1.同时,虽引入巯基的多孔碳材料(PSC-SH)与未引入巯基的多孔碳材料(PSC)的比表面积和孔容差距不大,但PSC-SH对萘的吸附量是PSC的2.07倍,是因巯基的引入使得样品的活性位点增加,增加了对萘的吸附量.     

海藻纤维废渣制备多孔碳的吸附性能优化及数据模型构建

海藻纤维废渣为海藻琼脂提取工艺的副产物,富含碳、氧等元素,以其为原料制备高性能生物质衍生多孔碳可实现海藻纤维废渣的高值化利用.本研究以海藻纤维废渣制备多孔碳,通过吸附等温线和动力学探究吸附行为;并利用XGBoost(eXtreme Gradient Boosting)算法构建氨氮吸附容量的预测模型,分析多孔碳制备过程的升温速率、碳化温度及碳化时间等因素对氨氮吸附能力的影响.实验结果表明：海藻纤维基多孔碳材料对氨氮有较好的吸附效果,最大吸附容量可以达到3.514 mg/g,其动力学过程符合拟二级吸附动力学模型、颗粒内扩散模型和Langmuir吸附等温模型;实验和模型证明多孔碳制备过程中碳化温度对氨氮吸附的影响最大,升温速率和碳化时间次之;通过数据模型得出以5℃/min速率升温至1 000℃碳化120 min制备的多孔碳具有最优的氨氮吸附性能.本研究提出一种数据模型,并结合实验成功证明该模型预测的准确性,可为今后生物质衍生多孔碳的制备方法提供预测依据.     

超交联多孔碳的制备及其对甲苯吸附性能研究

为了探索一种富有针对性且行之有效的甲苯蒸汽处理工艺,以苯、吡咯和噻吩为单体,通过傅—克烷基化反应将其超交联形成的三种表面基团不同的超交联聚合物;并以该三种聚合物为碳源,以KOH为活化剂对超交联聚合物碳化热解,形成具有大比表面积和孔体积的超交联多孔碳(HPC-B、HPC-P、HPC-T),并考察了不同元素掺杂所得到的多孔碳对甲苯蒸汽吸附性能的影响。利用扫描电镜、傅里叶红外光谱、比表面积分析仪等对材料的表观形貌、表面基团、比表面积及孔道分布进行分析,并研究了在不同温度下三种材料对甲苯和水蒸气的吸附等温线。结果表明:以苯、吡咯和噻吩为碳源所制备的三种超交联多孔碳(HPC-B、HPC-P、HPC-T)均为BET比表面积超过2 000 m~2/g微孔超交联多孔碳;在298 K下,HPC-B、HPC-P、HPC-T对甲苯的吸附量分别为7.6、5.2、4.7 mmol/g。三种材料均表现出对甲苯优异的吸附能力。     

玉米芯基多孔碳的制备及其在锂硫电池中的应用

锂硫电池理论比容量高、成本低、环境友好,但硫正极仍面临导电性差、容量衰减快、体积膨胀等问题。采用生物质废弃物玉米芯作为碳源,KOH为活化剂,通过不同工艺制备了三种多孔碳材料。利用XRD、SEM、BET等对多孔碳产品的物相形貌等进行表征后发现,采用一次活化工艺所制备的多孔碳材料具有大量相互贯通的孔道结构,故具有高的比表面积(1 578.64 m~2/g)与较大的孔容(0.93 cm~3/g)。覆硫后用于锂硫电池正极,可作为三维导电骨架显著提高硫正极的导电率,并对单质硫表现出较高的吸附性能。电化学测试表明改性正极材料首次放电比容量为1 050.7 mAh/g,50周循环后容量保持率为50.4%。综合对比表明,一次活化工艺为利用此类生物质废弃物制备多孔碳材料提供了优化方案。     

两步热聚合法制备多孔氮化碳及其吸附性能

以三聚氰胺和氯化锂为原料,通过两步热聚合法制备了多孔氮化碳。通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、红外光谱(FT-IR)、X射线光电子能谱(XPS)等对所制备多孔氮化碳的性能进行了表征,通过氮吸附法对样品的比表面积及孔结构进行了测试分析。结果表明:所制备的多孔氮化碳为石墨相,其比表面积达到了86.7 m2/g,远高于简单热聚合法制备的块状石墨相氮化碳(g-C_3N_4)。对亚甲基蓝的吸附动力学研究表明,g-C_3N_4对水中亚甲基蓝的吸附满足准二级动力学模型,多孔g-C_3N_4的吸附速率和吸附量远高于块状g-C_3N_4。     

锌铜多孔碳复合材料制备及其吸附碘研究

为了提升吸附材料对放射性碘的去除效果,以溶剂热法制备了锌铜双金属有机框架材料(Zn/Cu BTC),并以此为模板可控热解得到了具有高效吸附性能的锌铜纳米多孔碳(Zn/Cu@NPC)材料。使用扫描电子显微镜(SEM)、X射线粉末衍射(XRD)和比表面积分析等手段对材料的形貌结构、物化性质进行表征。结果表明：热解得到的Zn/Cu@NPC保持了Zn/Cu BTC的正八面体拓扑结构,表面出现氧化锌(ZnO)纳米颗粒,过渡金属锌的引入有效提升了材料比表面积。Zn/Cu@NPC表现出优异的碘离子吸附性能,吸附容量为212.5 mg/g,是单金属Cu@NPC吸附容量的3.99倍。该材料耐酸碱性、选择吸附性能良好,且再生循环吸附5次后吸附容量可保持首次吸附的90%。     

多孔石墨烯的制备及其吸附性能

采用KOH高温刻蚀法制备多孔石墨烯.通过扫描电镜(SEM),X射线衍射(XRD),拉曼光谱,红外光谱(FTIR)比表面积(BET)对刻蚀前后石墨烯的表观形貌,晶体结构,化学组成进行分析.结果表明,处理后的石墨烯比表面积比原石墨烯增加到821 m2·g-1.利用气相沉积法对多孔石墨烯进行表面改性后,对水的静态疏水角可达158°,对多种有机溶剂显示了优异的选择性吸附性能.     

玉米芯基生物炭的制备及其吸附性能

采用农业废弃物玉米芯作为原材料,通过生物碳化(HTC)的方法在不同温度下制备低成本、高性能吸附剂用生物炭.该生物炭具有介孔结构,表面含有丰富的含氧官能团,如—OH,C==O,C—O等,其种类及密度受水热温度的影响.以亚甲基蓝(MB)作为模型吸附剂,进一步研究了生物炭的吸附性能.吸附动力学研究表明符合拟二级动力学模型吸附行为,且225 ℃水热条件下得到的生物炭具有最大吸附量(41.37 mg/g)和最高吸附速率.等温吸附平衡数据与Langmuir等温模型吻合较好,表明生物炭对MB的吸附是单层吸附;生物炭表面含氧官能团与MB分子相互作用有助于吸附过程.     

三聚氰胺改性酚醛基多孔碳材料的制备及其二氧化碳吸附性能

采用浓乳液模板法制备三聚氰胺-间苯二酚-甲醛多孔树脂,将其热解后得到了可用于二氧化碳吸附的氮掺杂多孔碳材料。研究了浓乳液模板的分散相体积分数和三聚氰胺含量对多孔碳材料微观形貌的影响,结果表明,在浓乳液模板分散相体积分数为90%的条件下制备的多孔聚合物具有丰富的通孔结构。经过热解后,得到了兼具无机碳骨架和有机氮活性位点的氮掺杂多孔碳材料。进一步研究了不同热解温度和三聚氰胺含量对多孔碳材料二氧化碳吸附性能的影响,二氧化碳的吸附容量最高可达到3.32 mmol/g,同时表现出良好的选择吸附性和再生性。     

多孔氧化铝的制备及其对酸性品红的吸附性能

以麦冬叶子为模板制备了多级孔结构的氧化铝材料,并使用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和氮气吸附-脱附等分析手段,对氧化铝的相态、结构和形貌进行了表征。同时,研究了多孔氧化铝对酸性品红的吸附性能,考察了吸附剂用量、吸附时间和溶液温度对酸性品红吸附量和脱除率的影响,并使用准一级和准二级动力学方程、Langmuir和Freundlich等温吸附模型以及粒子内扩散模型对吸附过程进行分析。结果表明,得到的氧化铝材料较好地遗传了叶子的微观形貌和多孔结构,并且对酸性品红具有良好的吸附性能,吸附过程与准二级动力学速率方程、Langmuir吸附等温线模型的拟合结果具有很好的相关性,为单分子层化学吸附。     

磁性碳材料制备及其对六价铬吸附性能

通过一步碳化法合成磁性碳纳米吸附剂(MCNs),对不同温度下合成的纳米碳材料的微观结构进行分析,探究了不同MCNs制备温度、Cr(Ⅵ)初始浓度、pH等因素对Cr(Ⅵ)吸附效果的影响,获得吸附动力学规律,进一步对材料进行了循环吸附-解吸实验.实验结果表明:在25℃、pH=2、Cr(Ⅵ)初始浓度50 mg/L、吸附剂用量0.05 g下,接触时间为2 h时,MCN700对Cr(Ⅵ)的吸附率和吸附量分别可达96.90%和56.28 mg/g.吸附动力学拟合结果更贴合伪二级动力学方程,表明MCN700对溶液中Cr(Ⅵ)的吸附以化学吸附为主.MCN700经过6次吸附-解吸实验后吸附率下降11.61%,表明材料具有较好的稳定性和再生能力.因此,MCN700适用于酸性六价铬废水的处理.     

活性炭模块的制备及其对苯的吸附性能研究

以胶黏剂和颗粒活性炭为原料,制备了活性炭模块并测试了该模块的床层阻力、强度及对苯蒸气的动态吸附性能,考察了胶黏剂添加量和添加增稠剂对上述性能的影响。结果表明该活性炭模块的优化制备条件为热处理温度95℃,热处理时间5h,胶黏剂添加量10%以及充分冲洗掉增稠剂。在该制备条件下,模块成型的活性炭对苯蒸气的动态饱和吸附量可达106.39mg/cm³,吸附速率为920.43min^-1,与成型前相比吸附性能下降小于10%;床层阻力小于颗粒装填床层,抗压强度大于0.12MPa/cm²。     

纤维素基多孔碳的制备及其CO2吸附性能研究

以甲基纤维素为原料,改变水热碳化温度得到不同水热产物,随后对其进行化学活化得到多孔碳样品。研究水热温度对多孔碳样品形貌和孔结构的影响,测试了样品在不同压力下的CO₂吸附性能。结果表明,水热温度对纤维素基多孔碳的孔结构影响较大。随着水热温度的升高,其比表面积、孔容、微孔比表面积、微孔孔容均呈现出先增大后减小的趋势,平均孔径则先减小后增大。CO₂吸附量也先增加后减小。样品ACe-270在纤维素基多孔碳中吸附性能最优,在温度为25 ℃、压力分别为0.1、0.2、0.3、0.4 MPa的条件下,其CO₂吸附量分别为0.65、1.92、3.76、5.23 mmol·g^-1。     

聚苯乙烯基多孔树脂的制备及其吸附性能

以正庚烷为致孔剂,明胶为分散剂,采用悬浮聚合法制备了交联型聚苯乙烯基多孔吸附树脂颗粒.通过在苯乙烯与二乙烯苯的聚合体系中加入不同比例的甲基丙烯酸甲酯或丙烯酸甲酯等极性单体,调整吸附树脂的结构与极性.以亚甲基蓝为吸附模型分子,探讨了其溶液浓度、溶液pH值和温度等因素对树脂吸附过程的影响.研究结果表明:吸附过程主要取决于树脂的孔径大小,只有当树脂孔径合适时其比表面积才会对吸附起主要作用;当甲基丙烯酸甲酯质量分数为2%或丙烯酸甲酯为5%时,得到的树脂对亚甲基蓝有较好的吸附效果,其吸附平衡等温线符合Freund lich方程.     

多孔纤维状氧化铁的制备及其对染料的吸附特性研究

皮胶原纤维具有特殊的纤维状结构和化学反应特性.以皮胶原纤维为模板,将三价铁负载在胶原纤维上,再经550℃高温煅烧制得多孔氧化铁吸附材料,并以罗丹明B、酸性嫩黄G为吸附对象考察了其对水体中染料的吸附性能.研究表明,多孔纤维状氧化铁对阴离子染料酸性嫩黄G有明显的吸附作用,但对阳离子染料罗丹明B难以产生有效的吸附.在酸性嫩黄G的最适吸附pH=3.0和T=303 K的条件下,0.05 g的多孔纤维状氧化铁对初始质量浓度为400 mg/L的酸性嫩黄G的最大吸附量可达174.17 mg/g.在303~323 K范围内,温度变化对酸性嫩黄G的吸附有明显的影响,随着温度的升高,酸性嫩黄G的吸附量增大,吸附平衡符合Langmuir方程;吸附动力学数据表明,该吸附材料对酸性嫩黄G的吸附动力学符合拟二级速度方程;在对多孔纤维状氧化铁进行解吸—再吸附实验后发现,该吸附材料的再生性能十分优良,可重复使用.     

粉煤灰多孔陶瓷的制备及其对亚甲基蓝吸附性能

以粉煤灰为主要原料,辅以石膏、白色陶土,将三者混合压制成型,采用二次烧成法,得到具有高比表面积的粉煤灰多孔陶瓷,并试验了该产品对亚甲基蓝染料的吸附性能及其重复利用问题。结果表明：本次实验所用原料的最佳质量配比粉煤灰∶石膏∶白陶土为67∶15∶18,获得的多孔陶瓷的比表面积为30.48 m^2/g;吸附亚甲基蓝时,最终脱色率达97.74%,并且有较好的重复利用性。     

黄芪废渣生物吸附剂的制备及其对Pb~(2+)的吸附

以黄芪废渣为原料,用均苯四甲酸二酐对其进行化学改性,并将其用于模拟废水中Pb~(2+)的吸附.通过傅里叶红外光谱、扫描电子显微镜等方法对改性黄芪废渣生物吸附剂进行表征.结果表明:改性后黄芪废渣羧基官能团增加,表面粗糙,更有利于对Pb~(2+)的吸附.在pH值为5.0,吸附时间为1h,吸附剂量为10g·L~(-1)的条件下,对浓度为500mg·L~(-1)的Pb~(2+)吸附率为99.53%.改性吸附剂对Pb~(2+)的吸附可以用准二级动力学方程描述,等温吸附符合Langmuir和Freundlich模型,根据Langmuir方程,25℃时最大吸附量为193.1mg·g~(-1),高于黄芪废渣改性前的最大吸附量(58.89mg·g~(-1)).改性后的黄芪废渣生物吸附剂可以再生重复使用5次以上.     

玉米芯活性炭改性及其对CO_2吸附性能

研究了提高玉米芯活性炭对CO2气体吸附性能的方法和途径,对自制的玉米芯活性炭进行了氧化改性和还原改性.改性后C元素质量分数都减少了10%左右.经硝酸和硝酸盐氧化改性后其表面含氧官能团明显增多;经碳酸盐碱性还原改性后引入了CO2-3根;经氨水碱性还原改性后引入了大量氨基基团,表明成功地对制备的玉米芯活性炭进行了氧化和还原改性.其中,利用Ca(NO3)2改性后样品对CO2的吸附量比改性前提高了21.2%;经过Na2CO3改性后样品对CO2的吸附量提高了28.5%.因此,制备的玉米芯活性炭经过Na2CO3改性后更有利于其应用于CO2吸附分离.     

多孔二氧化硅干凝胶的制备及其液相吸附特性研究

以氢氟酸（HF）为催化剂,采用直接常压干燥法制备比表面积为450⁸00 m²·g^-1的多孔SiO₂干凝胶.在此基础上研究了原料配比和热处理温度对干凝胶的影响,并对制得的SiO₂干凝胶的吸附性能进行了研究.研究表明,SiO₂干凝胶具有良好的吸附性能以及循环性能,是一种良好的液相吸附材料.     

氮掺杂多孔碳的制备及其电化学性能研究

利用溶剂挥发结合高温热聚合法制备了氮掺杂多孔碳(NPC)材料,并通过SEM、TEM、TG、N_2吸附-脱附、XPS等表征手段对样品的微观形貌结构和元素组成进行了分析.结果表明,氮元素掺杂明显增加材料的比表面积和孔体积,当制备的氮掺杂多孔碳材料的含氮量为4.2%(原子分数)时,它的比表面积高达422.0m~2/g高于没有氮掺杂样品的301.1m~2/g.此外,采用循环伏安、恒电流充放电和交流阻抗对NPC材料的电化学性能进行了深入研究.测试结果表明氮元素掺杂能够明显增加材料的比电容量,降低材料的内阻,极大提高碳材料的电化学性能.在0.5A/g的电流密度下,通过氮元素掺杂使得材料的比电容从83.8F/g提高至162.8F/g,内阻值从1.39Ω降低至0.47Ω;并且所得的氮掺杂多孔碳样品具有良好的倍率性能和循环稳定性.