新型石墨化介孔碳及其磁性复合材料的制备和环境应用

论文摘要

当前,水资源的污染问题日益严重,而重金属污染在其中占了相当大的比例,危害也最为广泛和持久。二次电池产业的兴起加重了重金属水污染。吸附法是处理重金属废水的主要方法之一,具有效率高、速度快、适应性强、等优点,因而备受青睐。寻找合适的吸附剂是吸附法处理重金属废水的重中之重。有序介孔碳材料（OMC）具有大的比表面和孔容,机械稳定性和热稳定性良好,表面基团丰富易于实现官能化,是一种颇具有潜力的吸附剂。本文首次使用脂肪酸为新型碳源,以二维六方孔道结构的SBA-15为模板,采用硬模板浸渍法在1000℃退火合成了石墨化的有序介孔碳材料GMC-1000,合成方法简单,应用条件温和,原料成本低廉。采用X射线扫描衍射（XRD）、小角度XRD、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、N2吸脱附分析（BET）等手段对材料进行表征,发现该材料完整的保持了模板的有序介孔结构,样品形貌均一,石墨化程度高,比表面积高达924.7m2/g,孔径分布集中在3.9nm,孔容为0.891cm3/g.为了提高重金属脱除性能,增强实用性,对材料进行了磁性粒子掺杂和胺基嫁接表面修饰,处理以后的样品依然保持了较好的有序介孔结构。GMC-1000作为重金属离子的吸附剂,在25℃和PH=6.0的条件下,对铜、镍、钴、铅四种重金属离子的饱和吸附容量分别达到39.34mg/g、10.74mg/g、17.32mg/g、49.00mg/g,优于已报道的同类有序介孔碳吸附材料。石墨化有序介孔碳材料对Cu（Ⅱ）的快速吸附性能优异。石墨化有序介孔碳材料胺基修饰和磁性掺杂以后,保持材料原有的形貌和吸附性能,胺基修饰和磁性掺杂的GMC-1000对Cu（Ⅱ）的饱和吸附容量分别为44.56mg/g和35.62mg/g.经胺基嫁接的吸附剂,对Cu（Ⅱ）的吸附容量和吸附选择性都提高了。材料对磁性掺杂和胺基嫁接表现出良好的亲和性。采用外加磁场的办法可以实现材料快速高效的回收水溶液中的磁性介孔复合吸附材料。

论文目录

• 目录
• 摘要
• Abstract
• 第一章 文献综述
• 1.1 重金属污染处理概述
• 1.1.1 重金属污染现状
• 1.1.2 重金属污染特点
• 1.1.3 二次电池产业的重金属污染
• 1.1.4 二次电池产业重金属污染控制现状
• 1.1.5 吸附法处理重金属废水
• 1.2 介孔碳材料综述
• 1.2.1 介孔材料概念
• 1.2.2 介孔材料分类
• 1.2.3 介孔材料的形成机理
• 1.2.4 介孔碳材料合成方法
• 1.2.5 介孔碳材料的形貌控制
• 1.2.6 介孔碳材料的应用
• 1.3 吸附理论
• 1.3.1 吸附分类
• 1.3.2 重金属离子吸附理论
• 第二章 实验部分
• 2.1 实验材料及设备仪器
• 2.1.1 实验材料
• 2.1.2 实验设备
• 2.1.3 分析仪器
• 2.2 材料合成方法
• 2.2.1 有序介孔二氧化硅模板SBA-15合成
• 2.2.2 碳源浸渍过程
• 2.2.3 高温退火过程
• 2.2.4 去模板过程
• 2.2.5 胺基嫁接过程
• 2.3 吸附实验方法
• 2.3.1 标准溶液配制
• 2.3.2 吸附实验
• 2.3.3 检测方法
• 2.3.4 计算方法
• 2.4 材料表征方法
• 2.4.1 表面形貌
• 2.4.2 微观结构
• 2.4.3 晶体结构
• 2.4.4 比表面积分析
• 2.4.5 介孔结构的分析
• 第三章 石墨化介孔碳及其磁性复合材料的制备与表征
• 3.1 测试条件
• 3.2 有序介孔碳材料表征
• 3.2.1 SBA-15模板
• 3.2.2 有序介孔碳材料的SEM分析
• 3.2.3 有序介孔碳材料的TEM分析
• 3.2.4 有序介孔碳材料的XRD分析
• 3.2.5 有序介孔碳材料的SXRD分析
• 2吸脱附分析'>3.2.6 有序介孔碳材料的N₂吸脱附分析
• 3.3 磁性介孔碳复合材料的表征
• 3.3.1 磁性介孔碳复合材料的SEM分析
• 3.3.2 磁性介孔碳复合材料的TEM分析
• 3.3.3 磁性介孔碳复合材料的XRD分析
• 3.3.4 磁性介孔碳复合材料的SXRD分析
• 2吸脱附分析'>3.3.5 磁性介孔碳复合材料N₂吸脱附分析
• 第四章 重金属离子吸附应用
• 4.1 吸附动力学
• 4.2 石墨化程度对吸附的影响
• 4.3 胺基嫁接对吸附的影响
• 4.4 磁性掺杂对吸附的影响
• 4.5 吸附实验小结
• 第五章 结论和展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表的论文及科研成果