分級中空炭管材料的生物誘導(dǎo)構(gòu)筑及其吸附性能研究.pdf

1、近年來，隨著印染工業(yè)的飛速發(fā)展，染料的數(shù)量及種類也隨之不斷增多，染料廢水的任意排放是導(dǎo)致水污染問題的重要源頭。染料廢水的難降解性、持久破壞性和高毒性等特點(diǎn)給人類的健康、生態(tài)的發(fā)展和國民經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)定增長造成了嚴(yán)重的影響，因此，利用合理的染料廢水治理技術(shù)來有效處理染料廢水是解決水污染問題、保護(hù)人類美好生存環(huán)境的根本所在。目前，吸附法由于具備操作簡便、設(shè)備簡單、能耗較低、吸附量大、吸附選擇性高、凈化廢水效果顯著和再生性好等優(yōu)點(diǎn)，使其逐漸成了有效

2、的污染物富集方法。選擇一種優(yōu)異的吸附劑對于使用吸附法高效處理廢水發(fā)揮著重要的作用，吸附劑應(yīng)具備以下基本條件：強(qiáng)的選擇性吸附能力、豐富的納米級孔道和優(yōu)異的通透性。
　　本文綜合以上吸附材料的設(shè)計(jì)要求，針對染料廢水深度處理中存在的污染物分子難以富集化難題，選取亞甲基藍(lán)（MB）作為模擬染料廢水，進(jìn)而設(shè)計(jì)了一種較為新穎的吸附材料，即微納米分級中空炭管材料（HTC）。主要是以具有中空管狀結(jié)構(gòu)的生物材料為導(dǎo)向，以蔗糖、NaCl和KOH分別作為

3、炭源、造孔劑和活化劑，采用兩步法真空浸漬蔗糖和活化劑，從而制備得到HTC材料。考察了蔗糖溶液濃度、NaCl溶液濃度、KOH溶液濃度、活化溫度和活化時(shí)間對材料孔結(jié)構(gòu)和材料對MB的吸附性能的影響，從而確定了最佳制備工藝。以木棉為模板，當(dāng)蔗糖、NaCl、KOH溶液濃度均為10％，活化溫度為800℃，活化時(shí)間為60 min時(shí)，可制備得到比表面積為625.1 m2/g、孔容為0.45 cm3/g的HTC材料，且孔徑分布較窄，主要集中在2nm以下。

4、同時(shí)，該材料吸附MB的性能較好，針對初始濃度為120 mg/L的MB溶液，吸附飽和量高達(dá)98.5mg/g。選取具有中空管狀結(jié)構(gòu)的其他生物體作為模板，即以絲瓜絡(luò)、蘆葦和雞蛋內(nèi)膜為模板制備得到HTC材料，考察所得材料對MB溶液的吸附效果，并與木棉模板制備得到材料的吸附性能進(jìn)行對比，分析得到針對初始濃度為120mg/L的MB溶液，吸附飽和量大小依次為：木棉樣品>絲瓜絡(luò)樣品>蘆葦樣品>雞蛋內(nèi)膜樣品。選取具有薄片狀結(jié)構(gòu)的生物體作為模板，即以香樟樹

5、葉和凌霄花瓣為模板制備得到微納米分級多孔炭材料（HPC），考察所得材料對MB的吸附效果，并與上述制備得到的HTC材料的吸附性能進(jìn)行對比，分析得到HTC材料的吸附效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于薄片狀材料為導(dǎo)向所制備的HPC材料，由此可知，以中空管狀材料為結(jié)構(gòu)導(dǎo)向材料，以蔗糖為炭源，可以有效地實(shí)現(xiàn)炭源對生物結(jié)構(gòu)材料實(shí)體微米級孔和虛體納米級孔結(jié)構(gòu)的雙重復(fù)制，合成的 HTC材料吸附 MB的性能顯著提高。
　　本文采用XRD、FESEM、TEM和氮?dú)馕摳椒?/p>

6、對HTC材料的孔結(jié)構(gòu)和微觀形貌進(jìn)行表征。表征結(jié)果顯示：HTC材料能夠基本保留原模板的微觀形貌和中空管狀結(jié)構(gòu)，引入炭源有助于實(shí)現(xiàn)對生物體實(shí)體孔結(jié)構(gòu)的選擇性復(fù)制，同時(shí)完全復(fù)制或部分復(fù)制細(xì)胞孔虛體孔道。該材料具有通透性的微米級大孔和豐富的納米級小孔，是多孔炭材料和中空管狀材料的有效復(fù)合，較高的比表面積決定了其吸附MB的性能較好，是一種新型吸附材料。采用低濃度的硝酸溶液對HTC進(jìn)行表面修飾處理，改變材料的表面化學(xué)性質(zhì)，大幅度提高材料對MB的吸附

7、能力。研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)濃度為10%的硝酸表面處理后得到的材料HTC10的比表面積有所下降，但針對初始濃度為120 mg/L的MB溶液，吸附飽和量升高至112.8mg/g?？疾炝薍TC和HTC10兩種材料對MB模擬染料廢水的吸附性能，結(jié)果顯示：表面修飾前后材料對MB的吸附過程均符合準(zhǔn)二級吸附動(dòng)力學(xué)模型，同時(shí)，HTC和HTC10兩種材料對MB的吸附可以利用Langmuir吸附等溫方程準(zhǔn)確擬合（R2>0.99），且吸附過程與單分子層的化學(xué)吸附相吻