低溫等離子體改性碳材料吸附性能的研究.pdf

1、材料作為現(xiàn)代社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)和先導(dǎo)，對(duì)人類文明的發(fā)展起著極其重要的作用，同時(shí)也是造成目前環(huán)境問(wèn)題的主要原因之一。開(kāi)發(fā)環(huán)境友好型材料，減少環(huán)境的污染，恢復(fù)被破壞的生態(tài)環(huán)境，用材料科學(xué)與技術(shù)來(lái)改善生態(tài)環(huán)境，是歷史發(fā)展的必然。碳材料化學(xué)性能穩(wěn)定，方便易得，價(jià)格低廉，在環(huán)境中被廣泛用于吸附處理、有機(jī)物回收、電化學(xué)反應(yīng)電極材料等。本文從材料的表面改性入手，利用低溫等離子體對(duì)碳材料的蝕刻與官能團(tuán)加載，建立利用固相微萃取技術(shù)對(duì)材料的吸附性能進(jìn)行

2、快速考察的方法，探索了在水中與電化學(xué)結(jié)合對(duì)水中有機(jī)污染物的增強(qiáng)吸附性能。以分布最廣的大氣和水等典型的環(huán)境進(jìn)行吸附研究，為碳材料改性提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和理論依據(jù)。 在15.7kV電壓下，以空氣作為反應(yīng)氣體，采用直流電源電暈放電對(duì)石墨材料進(jìn)行輻照改性。借助掃描電鏡、傅里葉紅外光譜、元素分析、失重率測(cè)定儀等現(xiàn)代分析技術(shù)，考察了等離子體對(duì)碳材料表面的改性效果，在等離子體改性過(guò)程中氧化和蝕刻反應(yīng)共同進(jìn)行，相互影響。改性后材料比表面積和孔容積增加

3、，表面出現(xiàn)C=O，OH等新的官能團(tuán)，失重率有所下降，材料的穩(wěn)定性提高。證實(shí)了電暈放電低溫等離子體輻照會(huì)改變碳材料表面的物理以及化學(xué)性狀。 將不同改性碳材料制成固相微萃取的萃取纖維，裝備在固相微萃取器上，通過(guò)對(duì)比不同處理時(shí)間的萃取纖維對(duì)同種氣體樣品的吸附評(píng)價(jià)其吸附性能，建立固相微萃取技術(shù)可作為評(píng)價(jià)材料吸附性能的方法?？諝獾蜏氐入x子體改性3-8 min的碳材料對(duì)有機(jī)污染物的吸附容量最大；改性后的碳材料對(duì)弱極性、中等分子量的有機(jī)物(正

4、丁醇，苯)吸附性能提高。在前5min內(nèi)對(duì)苯系物的吸附大于對(duì)醇類的吸附，隨著吸附時(shí)間的延長(zhǎng)，不同物質(zhì)之間存在競(jìng)爭(zhēng)吸附。 通過(guò)對(duì)苯、甲苯、乙苯、二甲苯，以及甲醇、乙醇、異丙醇、正丁醇八種有機(jī)物的吸附和脫附實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，改性石墨的吸附在前5min內(nèi)較快，35min后吸附達(dá)到平衡，脫附在200℃、3min內(nèi)可完成，再生方便。改性石墨對(duì)極性和非極性物質(zhì)都有良好的吸附效果；改性石墨纖維使用壽命達(dá)400多次，并且可以保持良好的吸附性能。

5、將改性石墨浸入水中，考察其對(duì)水中的極性有機(jī)污染物如甲醇、乙醇、異丙醇、正丁醇的吸附性能。水樣中的鹽含量、溫度、pH等對(duì)改性材料吸附水中的極性污染物都有一定的影響。改性石墨對(duì)水中醇類的吸附在10min左右達(dá)到吸附平衡，比吸附氣體中的同樣物質(zhì)更容易達(dá)到飽和吸附容量。脫附溫度220℃就足夠使吸附在纖維表面的醇脫附下來(lái)，在240℃下脫附1min，石墨纖維表面的醇可以完全脫附。 將改性碳材料用于電助吸附水中異丙醇以及2，4-二氯苯酚。物質(zhì)

6、結(jié)構(gòu)、極化電壓對(duì)材料的電吸附有不同的影響。對(duì)于異丙醇正極化可以促進(jìn)碳材料對(duì)其的吸附，而負(fù)電壓的加載對(duì)吸附有阻礙作用，而電化學(xué)對(duì)2，4-二氯苯酚的影響則相反。電解質(zhì)濃度的增加對(duì)電吸附有機(jī)物有促進(jìn)作用，但是濃度的繼續(xù)升高材料對(duì)無(wú)機(jī)離子的吸附也增加，占據(jù)部分活性吸附位，阻礙了對(duì)有機(jī)物的吸附。弱酸性環(huán)境下碳材料對(duì)對(duì)異丙醇和2，4-二氯苯酚的電吸附最顯著。 將改性石墨纖維作為固相微萃取的萃取纖維對(duì)水中的硝基苯含量進(jìn)行了分析，探討了無(wú)機(jī)鹽濃