發(fā)布時(shí)間：2021-06-28 22:38

　　選用桑蠶廢棄物蠶沙為碳源,利用ZnCl₂和FeCl₂作為活化劑,通過(guò)一步合成法獲得一種Fe摻雜高石墨化多孔生物炭材料Fe/Z-ASE,并測(cè)定香精化合物分子苯乙醇和茴香醚在Fe/Z-ASE上的吸附和緩釋動(dòng)力學(xué)行為,然后再通過(guò)量子化學(xué)計(jì)算分析苯乙醇、茴香醚與Fe/Z-ASE的作用關(guān)系以及苯乙醇、茴香醚分子間作用力。結(jié)果發(fā)現(xiàn):蠶沙多孔炭Fe/Z-ASE孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá),表面石墨化碳含量高,Fe元素分布均勻,其BET比表面積為950.9 m²/g且中孔占60%以上,是一種表面疏水并呈現(xiàn)弱極性的多級(jí)孔生物炭材料;在苯乙醇和茴香醚的擴(kuò)散和控釋過(guò)程中,茴香醚具有比苯乙醇更高的吸附量（510 mg/g）和擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)常數(shù)(1.7×10^-2min^-1),而且在不同初始茴香醚吸附量下（150～500 mg/g）其都能獲得較好的控釋效果。隨后通過(guò)密度泛函DFT模擬計(jì)算可知,茴香醚和苯乙醇都是弱堿,能與Fe/Z-ASE材料上的弱酸性吸附位（Fe-C）產(chǎn)生相互作用,而且由于茴香醚的堿性更弱,所以與Fe/Z-A... 

【文章來(lái)源】：化工學(xué)報(bào). 2020,71(12)北大核心EICSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：8 頁(yè)

【部分圖文】：

Fe/Z-ASE的SEM和EDS元素分布圖

圖2為Fe/Z-ASE材料的XRD譜圖。從圖中可以看出，在Zn Cl2和Fe Cl2的催化作用下，炭材料在2θ=26°出現(xiàn)明顯的石墨化碳(002)衍射峰[20]，這表明材料的高石墨化程度使Fe/Z-ASE表面呈現(xiàn)較高的疏水性，這有利于吸附非極性或極性較弱的香精化合物分子。此外，除了石墨化峰外，還在2θ=35°、45°和2θ=41°、47°出現(xiàn)了尖銳的Fe3C和Fe5C2的衍射峰[21-22]，這是Fe Cl2在高溫活化過(guò)程中與材料表面的C元素生成的Fe-C晶格結(jié)構(gòu)。Fe3C與Fe5C2可以作為弱極性的酸性位點(diǎn)，提高對(duì)弱極性香精化合物分子的結(jié)合力。而且，材料較高的石墨化程度可以增強(qiáng)材料的導(dǎo)熱性能，利于材料的熱傳導(dǎo)和對(duì)香精化合物分子的脫附。圖3為Fe/Z-ASE材料的N2吸附-脫附等溫線和DFT孔徑分布。從圖3可以看出Fe/Z-ASE材料為典型的TypeⅣ型等溫吸附線。隨著相對(duì)壓力的升高，材料對(duì)N2的吸附容量呈現(xiàn)出逐漸升高的趨勢(shì)，在P/P0=0.5～1.0的范圍內(nèi)還出現(xiàn)了明顯的回滯環(huán)，而且從孔徑分布數(shù)據(jù)也可以看出該材料具有較寬的孔徑范圍(6.7～34.1?)，說(shuō)明Fe/Z-ASE具有中/微孔并存結(jié)構(gòu)。通過(guò)對(duì)表1的Fe/Z-ASE的孔數(shù)據(jù)分析也可以看出，該材料的BET比表面積達(dá)到950.9m2/g，其中微孔比表面積為347.5 m2/g，微孔比表面積只占總比表面積的36.5%，這種中/微孔并存結(jié)構(gòu)非常有利于提高香精化合物分子在炭表面的擴(kuò)散和吸附，并為材料儲(chǔ)香后的緩釋提供了豐富的交互通道。

式中，Qt、Qe分別為t時(shí)刻和平衡時(shí)吸附量，mg/g;k表示吸附速率常數(shù)，min-1。從圖中的擬合結(jié)果可以看出，擬一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程對(duì)苯乙醇和茴香醚在Fe/Z-ASE材料上的吸附動(dòng)力學(xué)行為擬合較好，茴香醚的擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)常數(shù)為1.7×10-2min-1，是苯乙醇的5.7倍�；谝陨戏治隹芍�，F(xiàn)e/Z-ASE對(duì)茴香醚的吸附性能優(yōu)于苯乙醇，不僅具有更高的吸附容量，而且具有較快的吸附速度。對(duì)比茴香醚和苯乙醇的分子結(jié)構(gòu)可以發(fā)現(xiàn)，它們都具有一個(gè)苯環(huán)，其分子尺寸也比較相似。然而，茴香醚所含醚基比苯乙醇所含羥基更容易給苯環(huán)提供電子，所以茴香醚能與Fe/Z-ASE形成更強(qiáng)的π-π作用力[24-25]。因此，茴香醚在以疏水性表面為主的Fe/Z-ASE材料上具有更快吸附速率和更高的吸附容量。

【參考文獻(xiàn)】：
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碩士論文
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