本文關(guān)鍵詞：煤基磁性炭材料的制備及其吸附與催化性能

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【摘要】：新疆煤炭資源豐富,煤質(zhì)優(yōu)良,以新疆煤炭資源為原料制備新用途、高性能、高質(zhì)量的炭材料對促進(jìn)煤炭資源的高效利用具有重要的意義。在炭材料家族中,活性炭(AC)因其穩(wěn)定的化學(xué)和熱力學(xué)性質(zhì),高比表面積和豐富的孔隙結(jié)構(gòu)且價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)而廣泛應(yīng)用于環(huán)境、催化、超級電容器、鋰離子電池以及CO2捕獲和H_2儲存等領(lǐng)域。但由于AC在實(shí)際應(yīng)用中存在難分離的問題,而磁分離又是一種簡單高效的分離方法,因此,制備磁性活性炭(MAC)是解決上述問題的有效途徑。本文圍繞新疆煤炭資源的高附加值利用這一目標(biāo),開展了磁性炭材料的選控制備及其吸附與催化性能研究,為今后高性能煤基炭材料的工業(yè)化生產(chǎn)提供理論依據(jù)。具體研究內(nèi)容如下:1.以新疆庫車煤為炭源,Fe_2O_3為磁源,通過固相研磨-兩段煅燒的化學(xué)活化法制備了磁性活性炭(MAC)。系統(tǒng)研究了煅燒溫度,堿炭比以及Fe_2O_3添加量對MAC結(jié)構(gòu)與性能的影響,篩選出MAC的最佳制備條件:堿炭比為1.0,Fe_2O_3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為12%,第一段溫度為800 oC,恒溫30 min后,再升至第二段溫度1000oC,恒溫30 min。此條件下制備的MAC的比表面積高達(dá)2075 m2 g~(-1)。將制備的MAC應(yīng)用于含亞甲基藍(lán)(MB)的廢水處理,發(fā)現(xiàn)該類材料具有很高的吸附能力,最優(yōu)條件下制備的MAC飽和吸附量高達(dá)871 mg g~(-1)。并且吸附過程符合Freundlich吸附等溫線和準(zhǔn)二級動(dòng)力學(xué)方程。由于該材料具有較高的飽和磁化強(qiáng)度(15.02emu g~(-1)),利用磁鐵可以很容易從反應(yīng)體系中分離,便于其循環(huán)使用。2.以新疆庫車煤為炭源,Ni(NO_3)_2·6H_2O或Fe(NO_3)_3·9H_2O為磁源,KOH為活化劑,通過浸漬法和高溫煅燒,制備了具有磁性的Ni/AC和Fe/AC催化劑,將其應(yīng)用于催化還原對硝基苯酚(4-NP)。系統(tǒng)研究了鎳鹽的添加量、堿炭比以及煅燒溫度對所得催化劑結(jié)構(gòu)和性能的影響。發(fā)現(xiàn)當(dāng)煤為2 g,Ni(NO_3)_2·6H_2O的添加量為2.5 mmol,堿炭比為0.5,煅燒溫度為600 oC時(shí),所得的催化劑可在3 min內(nèi)將4-NP完全轉(zhuǎn)化為對氨基苯酚(4-AP)。同時(shí),系統(tǒng)研究了鐵鹽的添加量對所得催化劑形貌、結(jié)構(gòu)和催化性能的影響。發(fā)現(xiàn)鐵鹽的存在不僅使樣品具有了磁性和催化性能,還可以得到具有片層結(jié)構(gòu)的活性炭,并且隨著鐵鹽添加量的增加,片層變厚,形成的孔結(jié)構(gòu)更豐富。3.在Ni/AC和Fe/AC催化劑的基礎(chǔ)上,制備了雙金屬NiFe/AC催化劑。發(fā)現(xiàn)該雙金屬催化劑在2.5 min內(nèi)可將4-NP完全轉(zhuǎn)化為4-AP。由于NiFe雙金屬的存在,使催化劑具有較高的飽和磁化強(qiáng)度(27.2 emu g~(-1)),可以從反應(yīng)體系中快速進(jìn)行磁分離。并且在循環(huán)5次后,其轉(zhuǎn)化效率仍能達(dá)到98%。這種以煤為原料,通過化學(xué)活化法一步煅燒制備磁性炭材料的方法簡單高效,而且制備的材料具有好的吸附或催化性能,同時(shí)可利用外加磁場實(shí)現(xiàn)材料的快速分離和有效回收,是一類高附加值的煤基炭材料,在吸附或催化領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。
【學(xué)位授予單位】：新疆大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TQ127.11

【參考文獻(xiàn)】

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