新型C-C復(fù)合材料的制備及其對(duì)室內(nèi)有機(jī)污染氣體的處理性能研究.pdf

1、室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量的好壞直接影響到人體健康。隨著生活水平的提高和生活方式的改變，室內(nèi)裝飾著大量建筑裝飾裝修材料，而這些材料常常帶有揮發(fā)性有機(jī)物(VolaitleOrganicCompounds，簡(jiǎn)稱VOCs)，此類有機(jī)物的不斷釋放使得室內(nèi)污染源不斷增加，嚴(yán)重威脅人們的身體健康。研究有效的室內(nèi)有害氣體去除方法已是迫切需要。
　　 本文以室內(nèi)典型VOCs污染物甲醛為目標(biāo)污染物，以膨脹石墨為基體，蔗糖為炭源，磷酸為活化劑，采用真空浸漬法經(jīng)炭

2、化、活化制得膨脹石墨基C/C復(fù)合材料。采用掃描電鏡(SEM)、氮?dú)馕摳椒?、熱重分析TG和透射電鏡(TEM)等測(cè)試手段，研究了磷酸/蔗糖質(zhì)量比(Xp)、蔗糖溶液濃度等對(duì)復(fù)合材料孔結(jié)構(gòu)和比表面積的影響規(guī)律，利用FTIR和Boehm滴定法對(duì)復(fù)合材料表面的化學(xué)官能團(tuán)進(jìn)行表征，考察了表面官能團(tuán)變化對(duì)甲醛吸附能力的影響趨勢(shì)。結(jié)果表明:膨脹石墨基C/C復(fù)合材料含有大量的微孔、一定量的介孔和大孔，表面含有豐富的含氧官能團(tuán)，該復(fù)合型的孔結(jié)構(gòu)及適宜的表面

3、性能有利于提升材料對(duì)甲醛極性分子的吸附效果。在Xp=1.0、蔗糖溶液濃度為30％時(shí)所制得膨脹石墨基C/C復(fù)合材料的比表面積和孔容最高，分別達(dá)到2112m2/g和1.08mL/g，其對(duì)甲醛的靜態(tài)飽和吸附量為854mg/g，較同工藝制備的活性炭提高了26.9％。該復(fù)合材料保留了膨脹石墨基體發(fā)達(dá)的網(wǎng)絡(luò)孔隙結(jié)構(gòu)和空間形貌，真空浸漬縮短了炭源浸漬時(shí)間并實(shí)現(xiàn)了炭源充分、均勻引入。膨脹石墨基C/C復(fù)合材料由基體的石墨晶體結(jié)構(gòu)和由蔗糖活化后形成的無(wú)定形

4、活性炭組成，活性炭以納米薄膜的形式均勻涂覆在膨脹石墨基體表面及內(nèi)部孔結(jié)構(gòu)的孔壁上。膨脹石墨基C/C復(fù)合材料豐富的納米級(jí)微孔及介孔結(jié)構(gòu)主要存在于活性炭組分中且孔徑分布較為集中，基體中則主要為通透的微米級(jí)大孔結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了微米級(jí)大孔、納米級(jí)微孔及少量介孔的多孔復(fù)合，這樣的孔結(jié)構(gòu)特征決定了材料作為吸附劑使用時(shí)，既有良好的吸附能力，又有優(yōu)異的通透性，非常適于處理像甲醛之類的小分子有機(jī)污染物。
　　 為進(jìn)一步提高C/C復(fù)合材料的吸附效果，根

5、據(jù)甲醛的性質(zhì)，以雙氧水、硝酸、氨基酸、氯化銨、尿素、CTAB(cetyltrimethylammoniumbromide，十六烷基三甲基溴化銨)等溶液對(duì)復(fù)合材料進(jìn)行表面改性。結(jié)果表明:除CTAB以外，經(jīng)其他改性劑改性以后，材料對(duì)甲醛氣體的吸附能力都出現(xiàn)不同程度的下降。經(jīng)工藝優(yōu)化，當(dāng)CTAB的濃度為0.01mol/L，改性溫度和改性時(shí)間分別為70℃和60min時(shí)，在室溫(25℃)下，改性C/C復(fù)合材料對(duì)甲醛氣體的靜態(tài)飽和吸附量達(dá)到最高的1

6、042mg/g。
　　 為了實(shí)現(xiàn)C/C復(fù)合材料的原位光催化再生，本文將TiO2以炭膜包裹的形式負(fù)載在材料的表面。當(dāng)熱處理溫度為450℃，蔗糖溶液濃度為0.5％，浸漬兩次和TiO2負(fù)載量為11.57％時(shí)，負(fù)載TiO2的C/C復(fù)合材料具有最高的甲醛處理能力。吸附催化動(dòng)力學(xué)研究結(jié)果表明其甲醛處理過(guò)程遵循一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型。
　　 設(shè)計(jì)制作了空氣凈化器樣機(jī)，建立了一套試驗(yàn)平臺(tái)，研究了不同實(shí)驗(yàn)條件甲醛氣體降解效率的影響規(guī)律。結(jié)果表