真空浸漬制備膨脹石墨基炭-炭復合材料及其含酚廢水處理性能研究.pdf

1、近年來,隨著焦化、造紙、石油等行業(yè)的發(fā)展,苯酚及其衍生物大量進入工業(yè)廢水,含酚廢水成為最常見、最具代表性的有機廢水之一。苯酚的高毒性給生物體和人類健康帶來了嚴重威脅,目前被列為優(yōu)先控制污染物,因此含酚廢水排放前必須進行合理的處理。
　　 目前主要采用活性炭吸附法來處理含苯酚廢水,但是傳統(tǒng)的活性炭多為粉狀或粒狀,其孔結構中含有大量的盲孔和封閉孔,并存在礦物灰分,嚴重影響了其吸附容量；另外在循環(huán)使用中其摩擦損耗較高。
　　

2、膨脹石墨是一種疏松多孔的蠕蟲狀顆粒,其獨特的孔隙結構使其對大分子物質具有良好的吸附能力。然而膨脹石墨密度低、機械性能差的缺陷給實際使用帶來一定困難。如能充分利用膨脹石墨豐富的孔隙結構,以此為基礎制備具有一定強度及較高吸附能力的多孔材料,具有重要的實踐意義。
　　 本文以膨脹石墨為基體,蔗糖為炭源,氫氧化鉀為活化劑,將炭源與活化劑真空浸漬到膨脹石墨基體中,制得膨脹石墨基炭／炭復合材料?？疾炝瞬煌瑝A炭比、活化時間和活化溫度對材料表面

3、性能、孔結構及其苯酚吸附性能的影響。結果表明,當堿炭比為4、活化時間60min、活化溫度800℃時,膨脹石墨基炭／炭復合材料的比表面積可達2042m2／g,且孔隙結構發(fā)達,具有極強的吸附能力。
　　 對于上述膨脹石墨基炭／炭復合材料,采用比表面積和孔隙分布測定儀,在77K下測定其吸脫附等溫線,通過BET方程計算其比表面積、孔容和孔徑分布；并采用SEM、XRD等手段對其形貌特征和微晶結構進行了表征。結果表明,該復合材料保留了膨脹石

4、墨基體發(fā)達的孔隙結構和空間形貌,真空浸漬縮短了炭源浸漬時間并實現了炭源充分、均勻引入。膨脹石墨基炭／炭復合材料由基體的石墨晶體結構和由蔗糖活化后形成的無定形活性炭組成,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部孔結構的孔壁上。膨脹石墨基炭／炭復合材料豐富的納米級微孔結構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大孔結構,實現了微米級大孔和納米級微孔的雙級孔復合,這樣的孔結構特征決定了材料作為小分子有

5、機污染物吸附劑使用時,既有很強的針對吸附能力同時又具有良好的通透性能。
　　 采用靜態(tài)吸附法、Boehm滴定和FT-IR研究所得復合材料的吸附性能和表面化學性質,數據顯示,減少酸性官能團的含量或者在材料表面植入堿性的含氮官能團可以大幅提高材料對苯酚的吸附能力,采用簡單尿素改性處理可以使其苯酚吸附量提高到346.9 mg／g。
　　 采用XPS和FT-IR對磷酸活化試樣和改性前后試樣的表面官能團進行標定,發(fā)現與磷酸活化試樣

6、相比,堿活化所得復合材料的表面酸性官能團明顯減少,且經過尿素改性后,試樣表面引入大量堿性官能團吡咯,其結構上的N含有孤對電子,具有較強的堿性,對弱酸性的苯酚有著較強的吸附親和力。
　　 本文考察了膨脹石墨基炭／炭復合材料針對含苯酚廢水的靜態(tài)和動態(tài)吸附性能,結果表明,復合材料對苯酚的靜態(tài)平衡吸附量最大可達297.2mg／g,較同工藝制備的純活性炭提升15.8％。在動態(tài)吸附實驗中,考察了苯酚廢水濃度、流速和固定床層高度對復合材料動態(tài)