Ni或Fe3O4担载的磁性介孔碳的合成及吸附性能研究

摘要

环境问题尤其是水污染问题已经愈发严重。特别是污水中含有的各类有机物、染料、重金属离子等,已严重影响了人类的健康。高效而经济的方法去除水中污染物的技术亟需拓展。吸附技术由于其具有简易操作、性能高效、吸附剂多样等优点而在近年被广泛地应用于污水处理领域。活性炭是最为常用的净水剂,其具有较大的比表面积和丰富的微孔。但活性炭材料在进行大分子吸附时吸附量有限,此外,活性炭颗粒细微,在吸附完成后高度分散于水体中难以回收,从而造成了二次污染以及吸附剂使用成本的增加。基于这些考虑,磁性介孔材料是更为优越的吸附剂。磁性介孔材料具有有序的孔道、可调控的孔径,不仅对各类染料和金属离子具有高效的吸附性能,同时,磁性粒子的添加使其在吸附完成后可以通过外磁场作用简易地分离。但是,目前合成大比表面积的磁性介孔材料仍具有挑战。此外,现有的合成方法步骤繁琐、产量较低。鉴于此,本文分别采用“溶胶-凝胶”法及硬模板纳米浇铸法制备了具有大比表面积和高饱和磁化率的磁性介孔碳材料。
　　本论文包括两部分:
　　第一部分介绍了溶胶-凝胶法制备金属镍担载磁性介孔碳(Ni/mC)材料的方法及其吸附性能的研究。采用葡萄糖、硝酸镍、嵌段共聚物P123及正硅酸四乙酯分别为碳源、催化剂及磁性源、模板剂及致孔剂。制得的磁性介孔碳材料具有高度的石墨化程度,大的孔径(3.9nm)、大的孔容(0.69cm3g-1)及较大的比表面积(790m2g-1)。由于金属镍单质的团聚成簇而减小了纳米尺寸效应,从而其磁饱和强度达到了6.82emug-1。制得的磁性介孔碳材料对罗丹明B等染料及Cr(Ⅵ)离子具有高效的吸附性能。本章中,另外采用相同方法制备了不含金属镍的介孔碳材料,及通过采用SBA-15为硬模板的方法制备了金属镍担载的磁性介孔碳材料,并对这几种吸附剂的结构特征和吸附性能做了对比。
　　第二部分采用酸性条件将核壳结构的Fe3O4@nSiO2材料担载于SBA-15型介孔SiO2中,所得的磁性介孔二氧化硅材料的比表面积为847m2g-1,孔容为0.9cm3g-1,磁饱和强度达到8.52emug-1。而后以其为硬模板合成了担载Fe3O4的磁性介孔碳材料,其表面积达到960m2g-1,孔容达到1.25cm3g-1。较大的表面积和孔容使得Fe3O4/mC材料成为非常好的吸附剂,其对罗丹明B等染料的高效吸附性及循环再生性表明Fe3O4/mC材料在环境治理领域有着潜在的应用。

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第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.2 介孔材料简介

1.3 介孔材料的模板合成方法

1.4 介孔材料的骨架构成

1.5 磁性介孔材料

1.6 介孔材料的应用

1.7 本文的主要研究内容

第2章 实验材料、仪器和吸附实验

2.1 实验药品和实验仪器

2.2 表征手段

2.3 吸附性能研究

第3章 金属镍担载磁性石墨化介孔碳材料的合成及吸附性能测试

3.1 引言

3.2 金属镍担载磁性介孔碳材料的制备

3.3 Ni/mC样品的表征和讨论

3.4 吸附性能研究

3.5 小结

第4章 Fe3O4担载的磁性介孔碳材料的制备及吸附性能测试

4.1 引言

4.2 Fe3O4/mC的制备

4.3 样品的结构表征及讨论

4.4 吸附性能研究

4.5 小结

结 论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

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