納米碳球、碳-Fe3O4的合成及吸附性能研究.pdf

1、近年來，隨著我國工業(yè)的迅速發(fā)展，尤其是石油化工、有機化工、醫(yī)藥行業(yè)以及合成洗滌劑、殺蟲劑、除草劑等生產工業(yè)的不斷出現(xiàn)，產生了大量的廢水和污水，給環(huán)境造成了巨大的壓力，水污染問題日益嚴重。石油化工廠排放的廢水中含有大量的酚類物質，含酚廢水的處理已經(jīng)備受人們關注。由于活性炭具有比較大的表面積和發(fā)達的空隙結構，所以在處理含酚廢水時采用活性炭吸附法仍然是一種非常有效的措施。
　　活性炭一般是利用以碳為主的物質作原料，經(jīng)過高溫碳化之后而制成

2、的外觀為黑色的具有發(fā)達的空隙結構的吸附劑。相比于顆?；钚蕴?，粉末活性炭的吸附效果更好，但是它難于回收，不方便循環(huán)利用。Fe3O4本身也是一種吸附劑，具有磁性，通過外加磁場的方法極其容易回收和再利用，但是它對物質的吸附范圍很有限。如果能將粉末活性炭和Fe3O4結合在一起，既保證了對苯酚的吸附能力，又方便了回收再利用。本文將碳和Fe3O4結合在一起，合成了碳球和三種碳-Fe3O4材料，并重點研究了其對溶液中苯酚的吸附性能。
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3、運用擴展的Stober方法，利用水熱反應合成了大小均一、粒徑在500nm左右且分散性良好的酚醛樹脂球體。以酚醛樹脂為碳源，在40ml的水溶液中，反應溫度為70℃，反應時間為4h，當酚醛樹脂的量為0.1g，通過掃描電子顯微鏡圖像分析，最終確定了C(Fe2+)=0.01mol/L、n(Fe3+)∶n(Fe2+)=2∶1時，合成的酚醛樹脂-Fe3O4效果最好。通過X射線衍射測試，進一步確定了酚醛樹脂球體表面附著的物質為Fe3O4。將酚醛樹脂球

4、體和改性后的酚醛樹脂-Fe3O4分別在高純氮氣的環(huán)境下，600℃碳化4h后得到了碳粉和碳-Fe3O4活性炭。
　　(2)以α-FeOOH為前體，葡萄糖為碳源，利用水熱反應和高溫碳化合成了三維孔介的Fe3O4/C磁性活性炭。研究了T=70℃，α-FeOOH在15min、30min、lh、1.5h反應時間下的掃描電子顯微鏡圖像，圖像顯示當反應時間為1.5h時，α-FeOOH的“花形”結構已經(jīng)完全形成。通過X射線衍射測試，進一步確定了前

5、體物質為α-FeOOH，并且結晶程度隨著反應時間的延長而改善。將水熱反應的物質在高純氮氣的環(huán)境下，550℃碳化6h后得到了Fe3O4/C磁性活性炭。
　　(3)采用共沉淀法制備了粒徑為20～30nm的Fe3O4粒子，以葡萄糖為碳源，利用水熱反應合成了C@Fe3O4材料。將材料在高純氮氣的環(huán)境下，550℃碳化6h后得到了C@Fe3O4磁性活性炭。X射線衍射測試結果為Fe3O4，并且經(jīng)過高溫碳化后結晶程度有所改善。
　　對以上4

6、種活性炭材料分別進行比表面積及孔徑分析測試，結果表明4種活性炭均多孔材料，有微孔和中孔的存在，可以作為吸附劑，為苯酚的吸附提供了有利的條件。在25℃，溶液的pH近似于7的條件下，分別研究了4種活性炭的吸附動力學和吸附等溫線。結果表明:材料的吸附動力學均符合擬二級吸附動力學速率模型，由該模型的得到的碳粉和碳-Fe3O4的吸附平衡量分別為36.63mg/g和34.42mg/g，F(xiàn)e3O4/C磁性活性炭的吸附平衡量為23.18mg/g，C@F