【摘要】：炭材料由于特殊的孔道結(jié)構(gòu)和豐富的表面官能團,在金屬離子的吸附方面有著很重要的用途。近幾年,雖然在孔道形貌調(diào)控上取得了很大的進展,但是依舊是一個亟待解決的難題。因此,可控炭材料的制備是一個值得研究的問題。本文主要從以下幾個方面進行研究:(1)以紫蘇秸稈廢料、不同比例的紫蘇蓖麻秸稈廢料為原料,以KOH造孔法高溫炭化制備炭材料;(2)以蓖麻秸稈、葵花盤、蠶繭為原料,采用直接炭化法和甲醛交聯(lián)法制備炭材料;(3)以一定比例的蓖麻秸稈和葵花盤混合廢料為原料,采用金屬離子造孔法制備炭材料;(4)以不同比例的蓖麻秸稈和葵花盤混合廢料為原料,采用甲醛交聯(lián)法制備炭材料。研究結(jié)果如下:以紫蘇秸稈和不同比例的紫蘇蓖麻秸稈為原料,以KOH為造孔劑高溫炭化制備炭材料,并對Cu~(2+)、Al~(3+)、Fe~(3+)、La~(3+)進行吸附,發(fā)現(xiàn)當(dāng)炭化溫度升高時,炭材料的比表面積逐漸增大,但是從紅外圖中可以看出,隨著溫度的升高,炭材料表面的含氮、含氧官能圖逐漸減少。另外,與紫蘇秸稈或蓖麻秸稈制備的炭材料相比,使用不同比例的紫蘇蓖麻秸稈復(fù)合原料制備的炭材料,其比表面積、微孔總體積、吸附平均孔徑都發(fā)生了明顯變化。在700℃時,當(dāng)紫蘇秸稈與蓖麻秸稈的質(zhì)量比為1:2時,其比表面積達1305m~2/g,并且對稀土La~(3+)的吸附性能有了明顯的提高,在25℃時,最大吸附量為20.02mg/g。以蓖麻秸稈、葵花盤、蠶繭為原料,在炭化溫度為200℃時采用直接炭化法和甲醛交聯(lián)法制備炭材料,并對Cu~(2+)、Al~(3+)、Fe~(3+)、La~(3+)進行吸附,發(fā)現(xiàn)低溫時可以較好地保護表面含氮、含氧官能團,但是由于炭化溫度較低,不利于造孔。另外,與直接進行炭化相比,采用甲醛交聯(lián)法制備的炭材料對Cu~(2+)的吸附性能明顯提高,其中以蠶繭為原料制備的炭材料吸附效果最好,在25℃時,最大吸附量為23.78mg/g。以質(zhì)量比為1:1的蓖麻秸稈和葵花盤廢料為原料,以Li~+、Na~+、Cu~(2+)、K~+為造孔劑,甲醛為交聯(lián)劑制備炭材料,探索金屬離子對炭材料孔結(jié)構(gòu)和表面官能團的影響,發(fā)現(xiàn)所制備的炭材料中,表面官能團幾乎不發(fā)生改變,說明離子對炭材料表面的官能團影響較小。同時,離子造孔可以明顯改變其比表面積及吸附平均孔徑,實現(xiàn)對炭材料的可控制備。以不同比例的蓖麻秸稈、葵花盤廢料為原料,采用甲醛交聯(lián)法對其進行前處理制備炭材料,發(fā)現(xiàn)與蓖麻秸稈或葵花秸稈制備的炭材料相比,不同原料比例制備的炭材料可以有效改變孔徑大小,調(diào)整孔道結(jié)構(gòu),產(chǎn)生新的含氧官能團,實現(xiàn)了對炭材料孔結(jié)構(gòu)和表面官能團的可控制備,并且所制備的炭材料對稀土La~(3+)有較好的吸附性能,在25℃時,當(dāng)蓖麻葵花質(zhì)量比為1:2時,其吸附量達25.20mg/g。
【圖文】：

ACBM碳前驅(qū)體熱失重率較高，高達 60%左右，是因為容易被灰化的含氮、含氧官能團和有機物質(zhì)，導(dǎo)致產(chǎn)率較低；A率較慢，含氮含氧量較少，但是產(chǎn)率高；而 ACZM-12碳前驅(qū)體處高的含氮含氧官能團，還可以提高其產(chǎn)率。另外，從圖中可以為 3 個階段，在 200℃之前，失重率較小，是樣品中的水和一些200~650℃熱解速度加快，為炭化熱解階段，，部分不穩(wěn)定的官能大量的揮發(fā)性物質(zhì)[65]；650~800℃失重曲線變緩，表明在第二階隨著溫度升高，熱解生成的炭會繼續(xù)脫去一些氫氧元素等[66]。紅外光譜表征2 為 ACZM-12，ACBM，ACZS的紅外光譜圖。圖 3.1 ACZS、ACBM、ACZM-12炭前軀體的熱重曲線Fig3.1 TG curve of ACZS、ACBM、ACZM-12

3.2 中可以看出，ACZS在 3500cm-1~3200cm-1處為-OH 的伸縮1000cm-1為-CH 面內(nèi)彎曲振動峰；ACBM在 3500cm-1~3200cm-在 1250cm-1~1000cm-1處有 C-O 伸縮振動峰，750cm-1~650cm-1振動峰。而 ACZM-12峰型基本與 ACBM吻合，說明 ACZM-12本身，能夠與金屬離子發(fā)生配位反應(yīng)。另外，還可以看出兩種原料學(xué)反應(yīng)，其性質(zhì)基本與 ACBM類似。表面形貌分析及表面性質(zhì)3 為 ACZS、ACBM、ACZM-12的 N2吸脫附等溫圖圖 3.2ACZM-12、ACBM、ACZS的紅外光譜Fig3.2 IR spectra of ACZM-12、ACBM、ACZS
【學(xué)位授予單位】：中北大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TQ127.11;O647.3

【參考文獻】

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本文編號：2650769