摻氮介孔碳材料的制備及其對Cu2+的吸附性能研究.pdf

1、介孔碳材料因其所具有的高比表面、介孔孔道、耐酸堿性和熱穩(wěn)定性等優(yōu)勢在重金屬離子吸附領(lǐng)域的研究越來越多。但單一介孔碳表面的吸附活性位少以及親水性太弱等物性特征限制了它的推廣應(yīng)用，本論文以含氮苯并噁嗪樹脂為前驅(qū)體，分別以介孔SiO2球和SBA-15為硬模板，制備出兩種不同形貌、結(jié)構(gòu)的摻氮介孔碳材料，并就兩種材料對水中銅離子的吸附性能進(jìn)行了考察。
　　首先合成離子液體[C16min]Br，用FT-IR及TG分析手段確認(rèn)其結(jié)構(gòu)。通過溶膠與

2、凝膠法，在乙醇/水混合乳液體系中以[C16min]Br為軟模板劑、TEOS為前驅(qū)體、堿性條件下制備介孔二氧化硅球。系統(tǒng)考察了溫度、[C16min]Br濃度、乙醇/水體積比、攪拌速度等因素對產(chǎn)物結(jié)構(gòu)及形貌的影響，得到適宜制備工藝條件為：乙醇/水體積比0.53，攪拌速度800r/min，氨水濃度0.08mol/L，離子液體濃度0.0051mol/L，溫度290~300K。通過XRD、SEM、TEM、N2吸附/脫附等方法進(jìn)行表征，結(jié)果表明所制

3、樣品是具有尺寸可調(diào)，高比表面、有序六方孔道結(jié)構(gòu)特征的均勻單分散介孔二氧化硅球。
　　以所制備介孔SiO2球?yàn)橛材０?，聚苯并噁嗪樹脂為氮源和碳源，通過硬模板法制備摻氮介孔碳球材料。表征結(jié)果顯示所制得球形樣品比表面積和孔容分別為427m2/g和0.36cm3/g，最可幾孔徑為3.63nm，摻氮量為2.49％（wt）。以摻氮介孔碳球?yàn)槲絼到y(tǒng)考察了吸附劑用量、溫度、時(shí)間以及 pH值對摻氮介孔碳球吸附性能的影響，確定了銅離子的適宜吸附

4、條件：pH=5.0，溫度298K，時(shí)間50min，吸附劑用量30mg。吸附過程符合Langmuir等溫線，最大吸附量為89.6mg/g，為單分子層吸附。吸附熱力學(xué)研究表明，Cu2+在298K、303K、308K溫度下吸附過程中的ΔG0均小于0，ΔH0=－10.24kJ/mol，ΔS0=26.78J/(mol·K)，是一個(gè)自發(fā)、放熱、熵增的過程。吸附動力學(xué)研究結(jié)果表明Cu2+在摻氮介孔碳球上的吸附動力學(xué)過程符合準(zhǔn)二級動力學(xué)模型。
　

5、　以 SBA-15為硬模板，聚苯并噁嗪樹脂為前驅(qū)體，通過納米澆鑄法制備氮摻雜有序介孔碳材料。通過多種表征方法表明樣品的比表面積為852m2/g，最可幾孔徑為3.95nm，孔容為0.91cm-3，摻氮量為2.51%（wt）。通過靜態(tài)吸附試驗(yàn)得出銅離子的適宜吸附條件：pH為5.0，溫度為298K，吸附平衡時(shí)間為70min，吸附劑用量為35mg；吸附過程較好地符合Langmuir等溫吸附模型，氮摻雜有序介孔碳材料對銅離子的最大吸附量為98.3