介孔碳材料与镍复合物的制备及其甲基橙吸附性能研究

摘要

随着工业的快速发展，水体污染日趋严重，因此对工业废水的处理问题成为当今社会关注的热点。常见而有效的处理废水的方法为吸附法，它能够简单而快速地除去水体中难以分解的污染物。在这种前提下，具有高比表面积、规则且可调的孔径分布、大孔容以及可以进行修饰改性的稳定结构等优良特性的介孔碳材料可以作为吸附剂很好的应用于废水处理中。本文成功制备了不同类型的介孔碳以及它们与磁性纳米粒子的复合材料，并分别研究了它们对甲基橙的吸附性能及磁分离效果。
　　利用葡萄糖为碳源，制备出平均尺寸约为300nm的胶体碳球。在此基础上，通过硅溶胶和正硅酸乙酯的引入，制备了比表面积为650m2/g的硅溶胶碳球及其镍的复合物，硅溶胶碳球的比表面积几乎是普通胶体碳球的两倍，硅溶胶碳球及其复合物都具有比较明显的二级孔道分布。对它们的甲基橙吸附性能进行研究，实验结果表明，硅溶胶碳球对甲基橙的最大吸附量可以达到214mg/g，镍纳米粒子的负载堵塞了部分孔道，导致对甲基橙的吸附量略微降低，但具有磁性的复合物可以达到快速磁分离的作用。
　　以乙二醇作为碳源，醋酸锌作为结构导向剂，利用简单的溶剂热法制备了高比表面积的介孔碳纳米管，这种介孔碳纳米管具有质量轻，体积大等特点；同时，利用固液混合法制备了介孔碳纳米管-镍复合物，接着讨论这些材料对甲基橙的吸附性能。介孔碳纳米管对甲基橙的最大吸附量为269mg/g，与镍纳米粒子复合时，由于碳纳米管的脆性会导致纳米管的破裂和聚集，影响了产物的吸附能力，但复合物对甲基橙的最大吸附量依然保持在200mg/g以上。
　　以低分子量酚醛树脂为碳源、F127为表面活性剂、原硅酸乙酯为添加剂，通过挥发诱导自组装的方法制备了具有二维六方结构的高表面积介孔碳及其镍的复合物。原硅酸乙酯作为添加剂有两个作用，一方面有效的避免在高温碳化时材料的收缩，增加材料的稳定性；另一方面在后期去除正硅酸乙酯的过程中会产生大量的孔，从而增加了材料的比表面积。随着镍纳米粒子负载量的增加，这些复合材料的比表面积逐渐降低、孔容逐渐减小。在此基础上，利用三氧化二铁为催化剂，对有序介孔碳进行石墨化处理，部分有序孔道被破坏，得到的石墨化介孔碳的比表面积有所降低，但平均孔径变大。甲基橙吸附性能测试结果表明，具有高比表面积的有序介孔碳及其镍的复合物对甲基橙有着很强的吸附能力，并随着镍的负载量的增加而降低；经过石墨化处理后，对甲基橙的吸附性能得到提高，吸附平衡时间大大缩短，大幅度提高了吸附效率。

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图表清单

注释表

第一章 绪 论

1.1 染料简介

1.2 介孔材料简介

1.3 介孔碳在废水处理中的应用

1.4 本论文的选题思路和研究内容

第二章 硅溶胶制备介孔碳球和介孔碳球-镍复合物及其甲基橙吸附性能研究

2.1 引言

2.2 实验部分

2.3 结果讨论与分析2.3.1 胶体碳球的表征2.3.1.1 SEM分析

2.4 机理分析

2.5 本章小结

第三章 溶剂热法制备介孔碳纳米管复合材料及其甲基橙吸附性能研究

3.1 引言

3.2 实验部分

3.3 结果讨论与分析

3.4 本章小结

第四章 介孔碳和石墨化介孔碳以及它们与镍复合物的制备及甲基橙吸附性能研究

4.1 引言

4.2 实验部分

4.3 结果讨论与分析

4.4 机理分析

4.5 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 工作总结

5.2 工作展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间科研成果