以酸碱处理后的X沸石为模板制备中孔炭

摘要

中孔炭不仅具有大比表面积，孔径均一，较好的水热稳定性、化学惰性和疏水性等特点，而且还具有良好的导电性、一较高的机械强度，在吸附分离、催化、电导材料等领域具有广阔的应用前景。其制备通常采用具有中空结构的无机模板法。目前文献报道新采用的模板，如中孔分子筛等，其成本较高。本文采用价格廉价经酸碱处理后具有一定中孔结构的X型沸石为模板制备中孔炭。
　　 首先，分别采用浓度为0.05-0.2 mol/L的NaOH溶液在30-70℃下和0.5mol/L的HCl溶液在室温下对X型沸石进行了处理，考察了处理条件对孔结构的影响。样品采用ICP、N2吸附-脱附、SEM等进行表征。结果表明：浓度为0.05 mol/L的NaOH溶液70℃下处理30 min是形成中孔的最佳条件，在此条件下形成孔径分布为2.3-8 nm的中孔，且中孔孔容和比表面积分别为0.24 cm3/g和443 m2/g。而酸处理后也形成孔径分布为2.3-8 nm的中孔，比表面积为400 m2/g。
　　 随后，以经酸处理或最佳条件下碱处理的X型沸石为模板、糠醇为炭源采用气相聚合沉积法制备中孔炭分子筛，考察了引入炭源温度和时间对形成中孔炭分子筛的影响。样品经XRD、N2吸附脱附、TEM等进行表征。结果表明：酸碱处理改性后为模板制备中孔炭分子筛的最佳条件是在130℃下引入炭源2 h，在此条件下制备的中孔炭分子筛的比表面积分别为764和936 m2/g，中孔孔容分别为1.12和1.52 cm3/g。引入炭源温度升高和时间延长制备的中孔炭其比表面积和中孔孔容均呈下降趋势。
　　 最后，考察了制备的中孔炭对亚甲基兰的吸附性能，并对吸附等温线和吸附动力学进行了测定。结果表明：最佳条件下制备的中孔炭在20℃下吸附亚甲基兰的最大平衡吸附量为380 mg/g，其它条件下制备的中孔炭的最大平衡吸附量均比其小。而以X型沸石酸处理后为模板在此条件下制备的中孔炭吸附亚甲基兰的最大平衡吸附量为223 mg/g。中孔炭对亚甲基兰的吸附行适合Langmuir和Freundlich方程，理论研究发现中孔炭吸附亚甲基兰吸附可用拟二级动力学模型进行描述。