隨著大量液體和固體廢物不斷的排放到環(huán)境中,環(huán)境污染問題也在日益加重,因此簡單高效的處理環(huán)境污染物的技術處于迫切需求中。 由于吸附技術是應用最為方便、最為廣泛的技術之一,而活性炭纖維是新型的碳類吸附材料,因此本文集中精力與活性炭纖維的制備,改性工作。并對聚苯乙烯的降解進行了探索性的研究。 為了使活性炭纖維更適合大分子污染物的去除,我們采用了廉價的聚乙烯醇纖維為原料,通過一系列預氧化、脫水、碳化和活化過程,利用靜態(tài)空氣為活化氣體,制備了一系列聚乙烯醇基中孔活性炭纖維。這些中孔活性炭纖維的孔結(jié)構(gòu),比表面積和表面化學性質(zhì)可以通過準確的調(diào)控活化條件得到調(diào)節(jié)。在900℃下活化120 min或在1000℃活化90 min,可以制備出中孔孔容高達66%的活性炭纖維。并且該活性炭纖維不僅對小分子的碘具有極高的吸附量,對大分子污染物亞甲基藍同樣具有很好的去除效果,它們的吸附容量分別達到了1934 and 709 mg g-1�？變�(nèi)擴散模型和準二級動力學模型的計算結(jié)果表明,提高纖維的中孔孔容積,可以有效提高活性炭纖維對亞甲基藍的吸附速率,對于中孔孔容比例為66%的活性炭纖維的準二級動力學吸附速率常數(shù)與最低中孔孔容比例的活性炭纖維的吸附速率箱體,提高了6倍。 對靜態(tài)空氣活化的聚乙烯醇基活性炭纖維的實際應用潛力的評估,采用快速小型固定床動態(tài)吸附實驗,并對影響該吸附過程的影響因素,填料密度,柱長,污染物濃度,以及流速進行了檢測。實驗結(jié)果表明,該靜態(tài)空氣活化的聚乙烯醇基活性炭纖維在保證沒有溝流的前提下,可以允許的填料密度范圍比較寬泛。這對實際應用來說是一大優(yōu)勢。利用了BDST模型對不同柱長的吸附柱的吸附行為進行了模擬。BDST的模擬結(jié)果證明了該活性炭纖維的吸附過程中涉及到了孔內(nèi)擴散及外層傳質(zhì)等過程。 由于活性炭纖維的成本比較高,而再生過程也需要一定的成本,而且再生的活性炭纖維的性質(zhì)會出現(xiàn)下滑。因此,延長活性炭纖維的使用壽命是非常有必要的。而復合材料是一種好的選擇。因此,本文還研究了活性炭纖維與二氧化鈦材料的復合。通過在聚乙烯醇基活性炭纖維制備程序中的中間產(chǎn)物-脫水纖維-上涂敷鈦溶膠,然后對后續(xù)活性炭纖維的制備步驟不做任何改變的前提下,制備出了二氧化鈦與聚乙烯醇基活性炭纖維的復合材料。SEM觀測到,該復合材料中,二氧化鈦的大小和形狀并不一致。而該復合材料的XRD圖譜揭示出,其中的二氧化鈦是銳鈦礦和金紅石型二氧化鈦的混合體；并且,通過與溶膠-凝膠法制備的單純的二氧化鈦的XRD譜圖相對比,發(fā)現(xiàn),脫水纖維可以有效抑制銳鈦礦的的二氧化鈦向金紅石型二氧化鈦的轉(zhuǎn)變,即便是活化溫度為1050℃,以二氧化碳活化60分鐘,依然有屬于銳鈦礦的衍射峰出現(xiàn)在XRD譜圖上；而單純的鈦凝膠在800℃下以二氧化碳活化60分鐘后,其XRD譜圖上已經(jīng)沒有屬于銳鈦礦的衍射峰。并且,熱分析結(jié)果證明,擔載在脫水纖維上的鈦凝膠并不影響纖維在碳化過程中形成層狀石墨微晶結(jié)構(gòu)。UV-Vis漫反射光譜顯示,該復合材料中的二氧化鈦可以被UV光激發(fā)產(chǎn)生光生電子和電子空穴。而羅丹明B的光催化降解實驗也證明了該復合材料的這一特性。值得注意的是,復合材料對亞甲基藍的吸附能力要比同樣活化條件下制備的單純的活性炭纖維�。坏鋵Ψ肿映叽绫葋喖谆{大的羅丹明B的吸附能力子比同樣活化條件下制備的活性炭纖維大,這說明擔載的鈦凝膠有利于中孔乃至大孔在活化過程中發(fā)育。 由于聚苯乙烯是最主要的塑料制品的原料,每年都有大量的聚苯乙烯被消費掉,同樣也有大量的聚苯乙烯廢棄制品被釋放到環(huán)境中。因為聚苯乙烯等聚合物的化學性質(zhì)十分穩(wěn)定,因此處理聚苯乙烯廢棄物的簡單的、高效的方法處于比較急迫的需求中。本文通過研究交聯(lián)聚苯乙烯與磺化的交聯(lián)聚苯乙烯的Fenton及光助Fenton降解反應,發(fā)現(xiàn)高度親水,并可以結(jié)合鐵離子的磺酸基團,對于聚合物的降解是十分必要的。該基團可以將鐵離子吸附在聚合物表面,在UV照射下,鐵光解成更高價太的,氧化能力更強的鐵氧化物,從而啟動聚合物鏈的斷裂,使之轉(zhuǎn)化被小分子鏈的、能夠溶解與水的碎片,進而是溶液中產(chǎn)生的羥基自由基更為有效的攻擊C-C鍵,從而實現(xiàn)整個聚合物的徹底礦化。這些探索實驗得到的結(jié)果,為聚合物處理技術提供了理論基礎。
【學位單位】：中國科學技術大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2010
【中圖分類】：X13
【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
    1.1 環(huán)境污染
    1.2 活性炭纖維及其性質(zhì)
    1.3 活性炭纖維的制備方法
    1.4 表征方法
        1.4.1 孔徑結(jié)構(gòu)
        1.4.2 表面化學性質(zhì)
    1.5 近年來的研究熱點
        1.5.1 孔徑調(diào)制
        1.5.2 表面化學修飾
        1.5.3 活性炭纖維的復合材料
    1.6 聚苯乙烯塑料廢物
    1.7 研究目的
第二章 中孔聚乙烯醇基活性炭纖維的制備與表征
    2.1 綜述
    2.2 實驗條件
        2.2.1 試劑及中孔聚乙烯醇基活性炭纖維的制備方法
        2.2.2 結(jié)構(gòu)表征
        2.2.3 表面化學性質(zhì)分析
        2.2.4 亞甲基藍和碘的吸附
    2.3 結(jié)果與討論
        2.3.1 表面結(jié)構(gòu)
        2.3.2 孔結(jié)構(gòu)
        2.3.3 類石墨結(jié)構(gòu)
        2.3.4 表面化學性質(zhì)
        2.3.5 靜態(tài)吸附
        2.3.6 亞甲基藍的吸附動力學
    2.4 結(jié)論
第三章 靜態(tài)空氣活化的聚乙烯醇基活性炭纖維的動態(tài)吸附
    3.1 綜述
    3.2 實驗材料和方法
        3.2.1 材料
        3.2.2 靜態(tài)空氣活化的聚乙烯醇基活性炭纖維的制備
        3.2.3 靜態(tài)吸附實驗
        3.2.4 動態(tài)固定床吸附
    3.3 結(jié)果與討論
        3.3.1 靜態(tài)空氣活化的聚乙烯醇基活性炭纖維的性質(zhì)
        3.3.2 靜態(tài)吸附等溫線
        3.3.3 固定床動態(tài)吸附的數(shù)學分析
        3.3.4 固定床動態(tài)吸附
            3.3.4.1 吸附柱密度的影響
            3.3.4.2 柱長的影響
            3.3.4.3 起始亞甲基藍溶液濃度的影響
            3.3.4.4 流速的影響
            3.3.4.5 柱長運行時間模型對數(shù)據(jù)的分析
    3.4 結(jié)論
第四章 二氧化鈦與活性炭纖維復合材料的制備與表征
    4.1 綜述
    4.2 實驗部分
        4.2.1 試劑
        4.2.2 二氧化鈦與活性炭纖維復合材料的制備
        4.2.3 表征
            4.2.3.1 表面形貌以及結(jié)構(gòu)特征
            4.2.3.2 晶體結(jié)構(gòu)分析
            4.2.3.3 UV-Vis漫反射光譜
            4.2.3.4 熱分析
            4.2.3.5 X-射線廣電能譜分析（XPS）
            4.2.3.6 液相吸附亞甲基藍
            4.2.3.7 光催化降解RhB
    4.3 結(jié)果與討論
        4.3.1 表面形貌以及結(jié)構(gòu)特征
        4.3.2 熱分析結(jié)果
        4.3.3 晶體結(jié)構(gòu)
        4.3.4 UV-Vis漫反射譜圖
        4.3.5 XPS分析
        4.3.6 對亞甲基藍的吸附容量以及光催化降解RhB
    4.4 結(jié)論
第五章 鐵與活性炭纖維復合材料的制備與表征
    5.1 綜述
    5.2 實驗部分
        5.2.1 材料和反應試劑
        5.2.2 Fe/ACF復合材料的制備
        5.2.3 晶體結(jié)構(gòu)分析
        5.2.4 光助降解反應
    5.3 結(jié)果與討論
        5.3.1 晶體結(jié)構(gòu)分析
        5.3.2 催化活性
3++H₂O₂)的對比'>        5.3.3 Fe/ACF復合材料與活性炭纖維吸附及均相Fenton反應(Fe³⁺+H₂O₂)的對比
        5.3.4 UV-Vis光譜
        5.3.5 溶液起始pH的影響
        5.3.6 過氧化氫濃度的影響
        5.3.7 重復使用性檢測以及鐵離子的釋放
    5.4 結(jié)論
第六章 光助Fenton反應降解聚苯乙烯
    6.1 綜述
    6.2 實驗部分
        6.2.1 材料和方法
        6.2.2 聚苯乙烯廢物的磺化
        6.2.3 Fenton和光助Fenton反應降解聚苯乙烯
    6.3 結(jié)果與討論
        6.3.1 Fenton反應降解聚苯乙烯
        6.3.2 光助Fenton反應條件的優(yōu)化
        6.3.3 CS-PS表面的磺酸基團在光助Fenton反應中的作用
        6.3.4 光助Fenton反應降解泡沫聚苯乙烯廢棄物
    6.4 結(jié)論
第七章 結(jié)論與展望
    7.1 結(jié)論
    7.2 展望
參考文獻
致謝
在讀期間發(fā)表的學術論文與取得的研究成果

【共引文獻】

相關博士學位論文 前1條

1 馬曉軍;木材苯酚液化物碳素纖維化材料的制備及結(jié)構(gòu)性能表征[D];北京林業(yè)大學;2007年

本文編號：2875969