钴氮碳/碳纳米管的制备及染料吸附性能

摘要

为了解决沸石咪唑酯骨架(ZIF-67)基碳材料比表面积和孔体积较小、氮含量较低、孔径分布不集中的问题,以微米级ZIF-67为模板,引入聚多巴胺(PDA)和三聚氰胺(MA)为共同碳氮前驱体以提升氮掺杂量和调节孔结构,在氢气和氩气的氛围中,利用ZIF-67中钴的自催化作用,经800℃高温一步碳化制备得到钴氮掺杂的中空立方形多孔碳/碳纳米管(Co/N-HCPC/CNTs)。结果表明,Co/N-HCPC/CNTs的比表面积、孔体积和氮掺杂量分别为723.2 m^(2)×g^(-1)、1.873 cm3×g^(-1)和4.06%;孔径集中分布在1~30 nm,在3.8 nm处有最高分布,介孔对比表面积和孔体积的贡献率达89.7%和98.39%。Co/N-HCPC/CNTs表面存在较多的含氮含氧官能团,C原子、N原子与Co原子形成配位键,使Co/N-HCPC/CNTs具有较多的吸附活性位点;钴纳米颗粒被碳氮层包裹或封装在碳纳米管中,使材料具有稳定的磁性,易于实现固液分离。Co/N-HCPC/CNTs对刚果红(CR)和孔雀石绿(MG)的最高吸附量为361.7 mg×g^(-1)和1332.6 mg×g^(-1),吸附过程符合准二级动力学模型和Freundlich等温吸附模型。