本文關(guān)鍵詞：基于納米腐植酸多功能復(fù)合型材料研究　出處：《鄭州大學(xué)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：隨著人口數(shù)量和工業(yè)耗能量劇增,環(huán)境污染和能源短缺現(xiàn)象突顯,對(duì)新型多功能材料研發(fā)亟需。納米腐植酸(NHA)是低階礦物風(fēng)化煤提取產(chǎn)物,其分子鏈上含較多活性基團(tuán),具有獨(dú)特的優(yōu)良性能。但仍存耐酸性、力學(xué)及溶脹能力差等不足,對(duì)其改性大有必要。在引發(fā)劑作用下,NHA會(huì)與不飽和烯烴單體發(fā)生反應(yīng)改變NHA分子結(jié)構(gòu),旨在提高NHA高質(zhì)效的實(shí)用性能。本課題以納米腐植酸和氧化石墨烯為基礎(chǔ)構(gòu)筑NHA-GO和NHA-GO-聚苯胺(PANI)復(fù)合材料,系統(tǒng)考究其制備方法和工藝條件且對(duì)納米腐植酸熱力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行考察,并展開兩種新型復(fù)合材料吸附性能和電化學(xué)行為研究。以納米腐植酸和氧化石墨烯為原料,N,N-亞甲基丙烯酰胺為交聯(lián)劑,過二硫酸鉀為引發(fā)劑,制備納米腐植酸-氧化石墨烯復(fù)合材料(NHA-GO)�；趩我蛩亟Y(jié)果,利用響應(yīng)面優(yōu)化法對(duì)制備工藝條件優(yōu)化,反應(yīng)溫度51.2°C,底物比9.2:1,交聯(lián)劑用量12.60wt.%,引發(fā)劑用量249 mg·L-1,此工藝條件下復(fù)合材料溶脹率92.2%。通過AFM、SEM、FTIR、TG-DTG、XRD及XPS等技術(shù)對(duì)其物化性能進(jìn)行表征。結(jié)果表明,復(fù)合材料表面結(jié)構(gòu)凹凸不平,三維空間網(wǎng)絡(luò)和架橋結(jié)構(gòu)形成;官能團(tuán)和活性位增多且熱穩(wěn)定性較好。采用平衡法測(cè)定納米腐植酸283.15~303.15 K范圍內(nèi)在不同溶劑及配比甲醇-乙醇混合體系溶解度數(shù)據(jù)。利用Van’t Hoff、Apelblat及λh方程對(duì)溶解度數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián),結(jié)果顯示Apelblat方程明顯優(yōu)于Van’t Hoff及λh方程。通過Van’t Hoff方程對(duì)溶解過程標(biāo)準(zhǔn)溶解熵和標(biāo)準(zhǔn)溶解焓計(jì)算,印證了溶解過程為自發(fā)且熵驅(qū)動(dòng);利用Hildebrand溶度原則,對(duì)比其在不同溶劑和不同配比甲醇-乙醇混合體系溶度參數(shù)。研究了熱解過程及動(dòng)力學(xué)方程,結(jié)果表明,熱解機(jī)理函數(shù)為G(α)=[1-(1-α)1/3]1/2(α=0.035 0.97),f(α)=6[1-(1-α)1/3]1/2(1-α)2/3且為二級(jí)反應(yīng);動(dòng)力學(xué)方程為dα/dt=3.54×1017exp(-210.83/8.314T)6[1-(1-α)1/3]1/2(1-α)2/3,并計(jì)算熱解過程熱力學(xué)數(shù)據(jù)△H~≠、△S~≠及△G~≠。以NHA-GO為吸附劑,通過靜態(tài)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)考察不同因素對(duì)其吸附苯胺和4-氯苯酚影響。結(jié)果表明,溶液pH增大,苯胺及4-氯苯酚平衡吸附量均減小,鹽離子存在有助于吸附苯胺卻限制吸附4-氯苯酚。開展該材料對(duì)苯胺及4-氯苯酚吸附熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)、吸附機(jī)理及再生性能研究。結(jié)果顯示,Langmuir及Redlich-Peterson(R-P)模型分別能描述苯胺和4-氯苯酚吸附行為;對(duì)苯胺吸附是自發(fā)且吸熱的,4-氯苯酚吸附過程為吸熱熵增;吸附動(dòng)力學(xué)分別遵循準(zhǔn)二級(jí)和Elovich吸附速率模型且化學(xué)吸附為主,吸附苯胺過程由液膜擴(kuò)散控制;而4-氯苯酚則由液膜擴(kuò)散協(xié)同顆粒內(nèi)擴(kuò)散。主要通過氫鍵結(jié)合和靜電吸附機(jī)理進(jìn)行,無水乙醇及0.1M HNO3對(duì)解吸再生苯胺及4-氯苯酚效果較佳。并對(duì)吸附苯胺及4-氯苯酚所需活化能進(jìn)行計(jì)算�；趧�(dòng)態(tài)柱吸附技術(shù),系統(tǒng)考察料液流速、初始濃度、床層高度及吸附溫度等不同因素對(duì)復(fù)合材料動(dòng)態(tài)吸附苯胺穿透曲線影響。實(shí)驗(yàn)表明,吸附有機(jī)物苯胺最適宜工藝條件為:料液流速20 mL·min-1,初始濃度為50 mmol·L-1,床層高度20 mm,吸附溫度298.15 K,吸附柱為2個(gè)。利用所構(gòu)建動(dòng)態(tài)吸附數(shù)學(xué)模型和穿透曲線公式,印證了實(shí)驗(yàn)值和預(yù)測(cè)值吻合性良好,為同系列吸附柱設(shè)計(jì)及過程優(yōu)化提供理論依據(jù)。運(yùn)用原位化學(xué)氧化聚合法制備NHA-PANI-GO復(fù)合材料,適宜制備條件:反應(yīng)時(shí)間16 h,反應(yīng)溫度10℃,納米腐植酸粒徑60 nm,納米腐植酸與氧化石墨烯質(zhì)量比1:0.9(g:mg),聚苯胺與氧化石墨烯比1:3,其比電容值達(dá)710 F·g-1。AFM、FTIR、SEM及XPS等技術(shù)對(duì)復(fù)合材料表征結(jié)果顯示,GO起到導(dǎo)電骨架功效,快速促進(jìn)電荷傳遞和高效調(diào)控NHA顆粒體積變化,使電極穩(wěn)定性增強(qiáng);NHA顆粒與GO界面性質(zhì)可由聚苯胺調(diào)控,使離子在NHA顆粒和GO間自由擴(kuò)散;腐植酸顆粒的納米效應(yīng)能縮短鋰離子傳輸長(zhǎng)度和提高嵌鋰反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。研究三電極體系下該材料電化學(xué)行為,實(shí)驗(yàn)表明,在電流密度5.0 A g-1下其比電容達(dá)641 F g-1,循環(huán)4000次后比容量仍為630~740 F·g-1,保持率達(dá)86%,這可為其開展規(guī)�；瘧�(yīng)用提供數(shù)據(jù)指導(dǎo)。
[Abstract]:NHA - GO and NHA - GO - polyaniline composite were prepared by using nano - humic acid and graphene oxide as raw materials , and the reaction temperature was 51.2 擄 C , substrate ratio 9.2 鈭，

本文編號(hào)：1372323