膨脹石墨基炭-炭復(fù)合材料的制備及其表面改性.pdf

1、苯酚廢水是一種常見的工業(yè)污染物，因其具有極強(qiáng)的生物毒性，嚴(yán)重危害環(huán)境和人類健康，被全球列為重點(diǎn)治理的有害廢水之一。
　　 目前常用吸附法來處理苯酚廢水，活性炭便是其中運(yùn)用最為廣泛的一種吸附劑。但是傳統(tǒng)的活性炭多為粉狀或粒狀，其中含有大量的盲孔和封閉孔，并存在礦物灰分，嚴(yán)重影響了其吸附容量；且在循環(huán)使用中由于摩擦造成的損耗高達(dá)5％-10％，降低了活性炭的使用效率。
　　 本文以膨脹石墨為基體，蔗糖溶液為炭源，磷酸為活化劑制

2、得膨脹石墨基炭/炭復(fù)合材料?？疾炝瞬煌n比、活化時間和活化溫度對材料孔結(jié)構(gòu)的影響，并通過SEM對其形貌進(jìn)行觀察。結(jié)果表明：該復(fù)合材料保留了膨脹石墨發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)和空間形貌，活性炭以炭膜的形式鋪展在膨脹石墨二級孔的孔壁上，厚度約為50-100nm，這使得膨脹石墨基炭/炭復(fù)合材料具有良好的通透性；當(dāng)浸漬比為0.9、活化時間2h、活化溫度350℃時，膨脹石墨基炭/炭復(fù)合材料的比表面積最高，達(dá)到1948m2/g，且孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)，具有極強(qiáng)的吸附

3、能力。
　　 通過控制蔗糖溶液的濃度來調(diào)控活性炭層的厚度，經(jīng)SEM觀察可以看出：隨著蔗糖溶液濃度的增加，活性炭層的厚度也增加。隨后建立苯酚吸附動力學(xué)模型，研究了不同炭層厚度膨脹石墨基炭/炭復(fù)合材料的吸附動力學(xué)行為，結(jié)果表明，活性炭以炭膜的形式鋪展時可以增加吸附層與苯酚溶液的接觸面積，減少苯酚分子的擴(kuò)散行程，能在較短時間內(nèi)達(dá)到吸附平衡。因此膨脹石墨基炭/炭復(fù)合材料的吸附速率和吸附能力高于顆粒狀活性炭，且炭層越薄，對苯酚的吸附速率越

4、快，炭層厚度在100nm左右時的苯酚吸附速率是顆粒狀活性炭的4倍。
　　 Boehm滴定和苯酚靜態(tài)吸附實(shí)驗(yàn)表明，磷酸活化得到的膨脹石墨基炭/炭復(fù)合材料表面存在著大量的酸性官能團(tuán)，主要是羧基、內(nèi)酯基和酚羥基。這些酸性官能團(tuán)的存在，大大降低了材料對苯酚的吸附親和力，其苯酚吸附量僅為173.1mg/g。減少酸性官能團(tuán)的含量或者在材料表面植入堿性的含氮官能團(tuán)可以提高材料的苯酚吸附能力，采用簡單尿素改性處理可以使其苯酚吸附量提高到212.

5、1 mg/g。
　　 使用XPS和FT-IR對材料表面官能團(tuán)進(jìn)行標(biāo)定，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：經(jīng)過尿素改性后試樣表面存在吡咯和吡啶結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)上的N含有孤對電子，具有較強(qiáng)的堿性，對弱酸性的苯酚有著較強(qiáng)的吸附親和力。研究表明改性時，含氮官能團(tuán)容易出現(xiàn)在含氧官能團(tuán)相鄰或相近的位置，而經(jīng)過硝酸改性的試樣表面存在大量的含氧官能團(tuán)，所以經(jīng)過硝酸預(yù)處理的試樣可以提高尿素改性的效果。經(jīng)過硝酸預(yù)處理的試樣在尿素改性后，其苯酚吸附能力達(dá)到242.1 mg/g