活性氧化铝/活性炭复合材料的研制

论文摘要

本文以自制的氢氧化铝、铝型材厂工业污泥和市售的活性炭为原料，HNO3为粘结剂，通过一定的方法将活性炭粉末固定在活性氧化铝上，制得活性氧化铝/活性炭复合材料。这种新型的材料一方面解决了活性炭成型问题，另一方面制得一种多孔径、高比表面积、高吸附性能的活性氧化铝/活性炭复合材料。通过碘吸附和抗压强度等来探讨原料配比、HNO3浓度、煅烧温度、升温速率、保温时间等对材料性能的影响。用SEM、XRD、BET等仪器分析手段，对材料的微观结构进行观测与表征。测定了最佳试样的吸水率、气孔率以及体积密度，并用苯和甲醛吸附来考察其吸附性能。实验表明，用氢氧化铝研制活性氧化铝/活性炭复合材料最佳工艺为：氢氧化铝与活性炭配比为3:1，加13wt%的HNO3做粘结剂制成小球，干燥后以200℃/h速度，升至450℃保温2h，后随炉冷却制得复合材料。所得材料的性能如下：小球的平均抗压强度约为44N，碘吸附为441.40mg/g、含炭率为38.42%、试样的比表面积为360.07m2/g、孔容为0.2616m3/g、平均孔径为2.906nm；体积密度为0.933g/cm3、吸水率为66.70%、显气孔率为62.20%。实验表明，用污泥研制活性氧化铝/活性炭复合材料其最佳工艺为：污泥与活性炭配比为3:1，加13wt%的HNO3做粘结剂，制成小球干燥后以200℃/h升到550℃保温3h，后随炉冷却可得复合材料。这时小球的平均抗压强度约为32N，试样的碘吸附可以到达381.97mg/g、含炭率为24.70%；试样比表面积为261.95m2/g、孔容为0.2545m3/g、平均孔径为3.886nm；体积密度为1.007g/cm3、吸水率为59.40%、显气孔率为59.90%。苯吸附试验发现：在30℃的环境条件下，经过12-24h，两种试样的苯吸附量分别达到饱和，最高吸附量分别为225.23mg/g、241.02mg/g。外界温度对苯吸附影响很大，实验表明40℃前以物理吸附为主，之后以化学吸附为主。甲醛吸附试验发现：在30℃的环境条件下，经过48-72h，两种试样的甲醛吸附量逐步达到饱和，分别为284.19mg/g、268.50mg/g。在40℃时吸附量最大。从试样的BET的孔径分布曲线可以看出，制得的复合材料具有多孔径分布结构，材料的介孔孔径分布在3.0-8.0nm之间，微孔孔径分布在0.6-1.7nm之间。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 活性氧化铝
• 1.1.1 活性氧化铝简介
• 1.1.2 活性氧化铝的制备
• 1.1.2.1 以铝盐为原料
• 1.1.2.2 以铝酸盐为原料
• 1.1.2.3 以醇铝为原料
• 1.1.2.4 以铝金属为原料
• 1.1.2.5 热分解法
• 1.1.2.6 大孔径活性氧化铝的制备
• 1.1.3 活性氧化铝的应用
• 1.1.3.1 直接用作催化剂
• 1.1.3.2 用作催化剂载体或复合催化剂
• 1.1.3.3 用作吸附剂与干燥剂
• 1.2 铝型材厂工业污泥的来源与应用
• 1.2.1 工业污泥的来源
• 1.2.2 利用污泥制备堇青石材料
• 1.2.3 利用污泥制备莫来石材料
• 1.2.4 利用污泥制备活性氧化铝
• 1.2.5 利用污泥制备其他材料
• 1.3 活性炭
• 1.3.1 活性炭简介
• 1.3.2 成型活性炭的制备
• 1.3.2.1 块状植物材料直接炭活化
• 1.3.2.2 碳质前驱体人工成型
• 1.3.2.3 粉状活性炭粘结成型
• 1.3.3 成型活性炭的应用
• 1.3.3.1 成型活性炭用作气相吸附剂
• 1.3.3.2 成型活性炭在液相中的应用
• 1.3.3.3 成型活性炭用作催化剂或催化剂载体
• 1.3.3.4 成型活性炭其它应用
• 1.4 课题的提出
• 1.4.1 来源与背景
• 1.4.2 研究内容
• 1.4.3 研究的目的和意义
• 第2章 实验研究方案
• 2.1 研究内容
• 2.1.1 利用氢氧化铝研制活性氧化铝/活性炭复合材料
• 2.1.2 利用铝型材厂工业污泥研制活性氧化铝/活性炭复合材料
• 2.2 实验方案
• 2.2.1 材料制备的工艺流程
• 3研制活性氧化铝/活性炭复合材料'>2.2.1.1 利用 Al（OH）₃研制活性氧化铝/活性炭复合材料
• 2.2.1.2 利用铝型材厂污泥研制活性氧化铝/活性炭复合材料
• 2.2.2 实验原料与设备
• 2.2.2.1 实验原料与药品
• 2.2.2.2 实验仪器与设备
• 2.3 性能表征
• 2.3.1 碘吸附测试
• 2.3.1.1 仪器和试剂
• 2.3.1.2 溶液
• 2.3.1.3 操作步骤
• 2.3.1.4 结果计算
• 2.3.2 抗压强度测定
• 2.3.3 XRD 分析
• 2.3.4 吸水率、气孔率、体积密度测定
• 2.3.5 炭含量测定
• 2.3.6 比表面积测定
• 2.3.7 SEM 分析
• 2.4 材料的吸附应用
• 2.4.1 对苯的吸附
• 2.4.2 对甲醛的吸附
• 第3章 利用氢氧化铝研制活性氧化铝/活性炭复合材料
• 3.1 前驱体氢氧化铝的制备
• 3.2 活性氧化铝/活性炭复合材料的制备
• 3.2.1 原料配比与成型研究
• 3.2.2 热处理工艺研究
• 3.3 实验结果与讨论
• 3.3.1 原料配比对复合材料性能的影响
• 3.3.2 硝酸浓度影响
• 3.3.3 热处理工艺影响
• 3.3.3.1 煅烧温度影响
• 3.3.3.2 升温速率影响
• 3.3.3.3 保温时间影响
• 3.4 试样的 BET 性能
• 3.4.1 试样的氮吸附等温线分析
• 3.4.2 试样的孔隙分析
• 3.4.3 最优样品的微观结构的其它参数
• 3.5 最优样品的吸水率、气孔率、体积密度
• 3.6 SEM 微观形貌分析
• 3.7 试样对苯吸附性能研究
• 3.7.1 吸附时间对苯吸附量的影响
• 3.7.2 环境温度对苯吸附量的影响
• 3.8 试样对甲醛吸附性能研究
• 3.8.1 吸附时间对甲醛吸附量的影响
• 3.8.2 环境温度对甲醛吸附量的影响
• 3.9 本章小结
• 第4章 利用铝型材厂工业污泥研制活性氧化铝/活性炭复合材料
• 4.1 铝型材厂工业污泥预处理
• 4.2 活性氧化铝/活性炭复合材料的制备
• 4.2.1 污泥与活性炭物料配比与成型研究
• 4.2.2 热处理工艺研究
• 4.3 实验结果与讨论
• 4.3.1 原料配比对复合材料性能的影响研究
• 4.3.2 硝酸浓度影响
• 4.3.3 热处理工艺影响
• 4.3.3.1 烧结温度影响
• 4.3.3.2 升温速率影响
• 4.3.3.3 保温时间影响
• 4.4 试样的 BET 性能
• 4.4.1 试样的氮吸附等温线分析
• 4.4.2 试样的孔隙分析
• 4.4.3 最优样品的微观结构的其它参数
• 4.5 最优样品的吸水率、气孔率、体积密度
• 4.6 SEM 微观形貌分析
• 4.7 试样对苯吸附性能研究
• 4.7.1 吸附时间对苯吸附量的影响
• 4.7.2 环境温度对苯吸附量的影响
• 4.8 试样对甲醛吸附性能研究
• 4.8.1 吸附时间对甲醛吸附量的影响
• 4.8.2 环境温度对甲醛吸附量的影响
• 4.9 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文