膨胀石墨的制备表征及其吸附性能研究

论文摘要

膨胀石墨是一种可再生环境修复材料。它是以天然鳞片石墨为原料,利用物理或化学的方法使非碳质反应物插入石墨层间,形成石墨层间化合物可膨胀石墨,可膨胀石墨经过高温膨胀而得到的一种疏松、多孔、质轻的物质。本文以硫酸作为插层剂,硝酸和三氯化铁为辅助插层剂,高锰酸钾为氧化剂,通过正交实验筛选出了获得最大膨胀容积的实验方案。用X-ray衍射图谱、能量色散谱、比表面积、孔径、孔容积等对原料石墨、可膨胀石墨、膨胀石墨等进行了表征,并建立了膨胀石墨中硫含量的测定方法。染料废水是一类有害的工业废水。本文以膨胀石墨为吸附剂,系统地考察了膨胀石墨对碱性品红,酸性桃红-3B,碱性嫩黄-O的吸附热力学及动力学规律；考察了染料浓度、pH值、离子强度、膨胀石墨的膨胀容积等因素对膨胀石墨吸附染料热力学的影响。动力学研究表明膨胀石墨对染料的吸附过程可以用二级模型来表示,且吸附过程为内扩散控制。膨胀石墨对染料和油的吸附量存在显著差异。为了考察膨胀石墨对这两类吸附质的不同吸附机理,本章测定了膨胀石墨对油和染料的单独吸附性能及被染料饱和后的膨胀石墨对油的分级吸附性能,并对分级吸附性能的差异进行了方差分析；借助于膨胀石墨、被染料饱和的膨胀石墨、被油饱和的膨胀石墨的扫描电子显微镜图谱分析证实了染料和油在膨胀石墨上的不同吸附位置。磺酸盐废水是另一类有害的工业废水。本文以分别含有苯环、萘环以及葸醌结构的芳香族磺酸盐为被吸附对象,研究了其在膨胀石墨上的吸附动力学和吸附热力学行为；考察了磺酸盐浓度、pH值、离子强度、石墨的膨胀容积等因素对吸附热力学的影响。动力学研究表明膨胀石墨对染料的吸附过程可以用二级模型来表示,物理吸附是全部吸附过程的主要因素。作为硫酸插层产物的可膨胀石墨,对冰乙酸和异戊醇的酯化反应表现出了良好的催化活性。反应过程具有醇酸摩尔比小、反应时间短、产率高、产品色泽好,催化剂易于分散和回收等特点。可膨胀石墨作为多相催化剂,可用于催化合成具有质子转移的有机反应。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 膨胀石墨研究概况
• 1.1 膨胀石墨的性质
• 1.2 膨胀石墨的应用
• 1.3 膨胀石墨的形成机理及结构特点
• 1.4 膨胀石墨的一般制备方法
• 1.4.1 化学法
• 1.4.2 电化学法
• 第2章 膨胀石墨的制备及其表征
• 2.1 引言
• 2.2 制备实验
• 2.2.1 实验主要原料及试剂
• 2.2.2 实验仪器
• 2.2.3 实验方法
• 2.2.4 膨胀石墨最佳制备方案确定
• 2.3 膨胀石墨的表征
• 2.3.1 实验仪器
• 2.3.2 试剂
• 2.3.3 膨胀容积的测定
• 2.3.4 X-ray衍射分析
• 2.3.5 石墨原料、可膨胀石墨的能量色散谱EDS表征
• 2.3.6 膨胀石墨的比表面积及孔径、孔容积测定结果
• 2.3.7 膨胀石墨中硫含量测定
• 2.4 结论
• 第3章 膨胀石墨对染料的吸附热力学及动力学研究
• 3.1 引言
• 3.1.1 染料的分类
• 3.1.2 染料废水特征
• 3.1.3 染料废水的治理现状
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 原料与试剂
• 3.2.2 实验仪器
• 3.2.3 实验方法
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 膨胀石墨对染料的吸附平衡时间
• 3.3.2 吸附动力学模型
• 3.3.3 扩散过程分析
• 3.3.4 膨胀石墨对染料的吸附等温线及等温吸附常数研究
• 3.3.5 盐对染料在膨胀石墨上吸附作用的影响
• 3.3.6 膨胀容积对染料在膨胀石墨上吸附作用的影响
• 3.3.7 溶液pH值对染料吸光度和吸附量的影响
• 3.4 结论
• 第4章 膨胀石墨对油和染料的吸附机理研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 实验材料
• 4.2.2 实验仪器
• 4.2.3 实验方法
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 膨胀石墨对油的吸附性能
• 4.3.2 膨胀石墨对染料的吸附性能
• 4.3.3 膨胀石墨被不同吸附质吸附平衡后进行的SEM表征
• 4.3.4 膨胀石墨对染料和油的分级吸附能力
• 4.4 结论
• 第5章 膨胀石墨对芳香族磺酸盐的吸附热力学及动力学研究
• 5.1 引言
• 5.2 实验部分
• 5.2.1 原料与试剂
• 5.2.2 实验仪器
• 5.2.3 实验方法
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 膨胀石墨对磺酸盐的吸附平衡时间
• 5.3.2 吸附动力学模型
• 5.3.3 吸附过程分析
• 5.3.4 膨胀石墨对磺酸盐的吸附等温线及等温吸附常数研究
• 5.3.5 盐对磺酸盐在膨胀石墨上吸附作用的影响
• 5.3.6 膨胀容积对磺酸盐在膨胀石墨上吸附作用的影响
• 5.3.7 溶液pH值和温度对磺酸盐吸附量的影响
• 5.4 结论
• 第6章 可膨胀石墨对乙酸异戊酯合成反应的催化作用研究
• 6.1 引言
• 6.2 实验部分
• 6.2.1 仪器与试剂
• 6.2.2 可膨胀石墨的制备
• 6.2.3 乙酸异戊酯的合成
• 6.3 结果与讨论
• 6.3.1 可膨胀石墨催化剂的表征
• 6.3.2 酯化反应最佳反应条件确定
• 6.3.3 醇酸摩尔比对酯化率的影响
• 6.3.4 催化剂用量对酯化率的影响
• 6.3.5 具有不同膨胀容积的可膨胀石墨对酯化率的影响
• 6.3.6 反应时间对酯化率的影响
• 6.3.7 带水剂的选择
• 6.3.8 不同催化剂对酯化率的影响
• 6.4 结论
• 第7章 展望
• 参考文献
• 附录
• 致谢