多孔聚合物-活性炭納米復(fù)合材料的制備及性能研究.pdf

1、活性炭作為一種典型的多孔材料，具有比表面積高、孔結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)、耐高溫、耐腐蝕、導(dǎo)電、傳熱、抗酸耐堿、化學(xué)穩(wěn)定性好和生物相容性好等一系列優(yōu)點(diǎn)?；钚蕴吭谖椒矫娴膽?yīng)用已經(jīng)成為研究的熱點(diǎn)之一，它可用于氣相和液相的吸附分離過程，用作防毒面具、分離精制氣體、回收有機(jī)溶劑、去除重金屬離子和凈化污水源等。 目前，關(guān)于活性炭的吸附研究主要停留在利用活性炭的多孔特性，以物理吸附為主，但活性炭的吸附特性不僅取決于其孔結(jié)構(gòu)，與表面化學(xué)性質(zhì)也有很大關(guān)系，因

2、此，研究者對(duì)活性炭表面進(jìn)行化學(xué)改性使其吸附性能增強(qiáng)。本文中研究了將具有特殊基團(tuán)的功能性聚合物引入到活性炭孔內(nèi)，制備出多孔聚合物—活性炭納米復(fù)合材料，這種材料既可以發(fā)揮活性炭的孔結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)，還能利用聚合物鏈段的特殊基團(tuán)對(duì)廢水中有機(jī)污染物進(jìn)行吸附。 多孔聚合物—無(wú)機(jī)納米復(fù)合材料不僅能將無(wú)機(jī)材料的光、電、磁等性能與聚合物的力學(xué)性能、功能性相結(jié)合，更重要的是納米孔的存在為材料的實(shí)際應(yīng)用提供了通道，比如質(zhì)子的傳送、溶液的運(yùn)輸、氣體的擴(kuò)散、各

3、種生物反應(yīng)的快速進(jìn)行等，使這種材料在電學(xué)、光學(xué)、生物、醫(yī)藥和環(huán)保等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。 本文首先采用資源豐富，價(jià)格低廉的稻殼作為原料，用NaOH作為活化劑的化學(xué)活化法制備活性炭，討論了浸漬比、活化方式、活化溫度和活化時(shí)間對(duì)活性炭碘吸附值和產(chǎn)率的影響，并對(duì)稻殼在450℃氮?dú)獗Ｗo(hù)下炭化4h，浸漬比為3.0，在400℃下預(yù)處理30min，再升溫到800℃，進(jìn)行高溫活化2h，洗凈烘干，制備出的活性炭進(jìn)行表征，發(fā)現(xiàn)其氮?dú)馕?脫附等溫

4、線為Ⅳ型，比表面為1200m2．g-1，平均孔徑為3.7nm，孔容積為0.67cm3．g-1。 其次，探索了將聚合物合成到活性炭孔內(nèi)的方法，用冷凍充氣法成功地將丙烯酸直接原位聚合在活性炭孔內(nèi)。發(fā)現(xiàn)丙烯酸與活性炭的質(zhì)量比、聚合溫度和聚合時(shí)間都會(huì)對(duì)多孔聚丙烯酸—活性炭納米復(fù)合材料的性能產(chǎn)生影響，當(dāng)聚合反應(yīng)溫度為80℃，聚合反應(yīng)時(shí)間達(dá)到22h，聚丙烯酸含量約為20％時(shí)，比表面積下降為349m2．g-1，平均孔徑下降為2.7nm，孔容積

5、下降為0.34cm3．g-1，其紅外譜圖顯出具有活性炭C—C鍵產(chǎn)生的峰和PAA特征鍵的偏移峰。并用所制備的復(fù)合材料對(duì)苯胺和硝基苯進(jìn)行吸附，發(fā)現(xiàn)其對(duì)苯胺和硝基苯的吸附以化學(xué)吸附為主，聚合物含量越高，吸附容量越大；吸附容量隨著時(shí)間的延長(zhǎng)而增加，直至20h后趨于平衡；吸附劑用量越增加，吸附容量越大，而且吸附過程更加適用Langmuir吸附等溫方程和準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程。 最后，用攪拌法以溶液聚合法將丙烯酰胺聚合在活性炭孔內(nèi)，當(dāng)聚合反應(yīng)的溫