氧化鋁-碳復(fù)合材料的制備及其性能研究.pdf

1、氧化鋁/碳復(fù)合材料是一種非常重要的無機(jī)材料，具備硬度大、強(qiáng)度高、表面粗糙、同時(shí)存在酸性和堿性中心、多孔性、大比表面積等優(yōu)異性能。此外，氧化鋁/碳復(fù)合材料具有來源廣、易得、成本低廉、對環(huán)境無污染等優(yōu)點(diǎn)。因此，氧化鋁/碳復(fù)合材料被廣泛應(yīng)用于催化劑、催化劑載體、水處理、陶瓷材料、生物醫(yī)學(xué)材料、半導(dǎo)體材料、油漆等領(lǐng)域。常見的氧化鋁/碳復(fù)合材料的制備方法有氣相沉積法、浸漬法、攪拌法等。針對氧化鋁/碳復(fù)合材料的不同應(yīng)用領(lǐng)域，需要開發(fā)有針對性的合成方

2、法。因此研究兼顧環(huán)保、綠色、高效利用資源來獲得氧化鋁/碳復(fù)合材料并開發(fā)其不同的用途，成為人們要研究的一個(gè)重點(diǎn)。本文通過不同的合成方法，制備出尺寸和組成可控并具有分級(jí)結(jié)構(gòu)的氧化鋁/碳復(fù)合材料?？疾炝撕铣傻难趸X/碳復(fù)合材料對模擬染料廢水和重金屬離子的吸附能力；然后將其作為載體添加活性組分后，再進(jìn)一步研究其催化性能。
　　首先，基于“以廢治廢”和“廢棄物資源化”的思路，將獨(dú)山子石化廠的煉油堿渣廢水通過簡單處理后，用于處理新疆眾合鋁業(yè)廠

3、排出的含鋁廢酸。具體方法為：在一定條件下，將廢酸液和廢堿液按照一定比例和方式混合，使之發(fā)生中和反應(yīng)。將接近中性的溶液進(jìn)行濃縮干燥后，再將其在一定條件下進(jìn)行焙燒。其中，含鋁廢酸中大量的鋁離子可以作為氧化鋁的鋁源，而中和產(chǎn)生的硫酸鈉可以直接作為熔融鹽焙燒法的模板，這樣可以防止焙燒過程中升溫速率過快或溫度過高導(dǎo)致氧化鋁納米粒子發(fā)生團(tuán)聚。煉油堿渣廢水中的有機(jī)物可作為碳源，高溫焙燒生成碳。二者結(jié)合獲得具有優(yōu)異性能的氧化鋁/碳復(fù)合材料。這種合成方法

4、既可以消除兩種極難處理的廢水，又獲得了新的復(fù)合材料，且不需要額外添加試劑，成本較低，工藝簡單。此外，本文通過TEM、SEM、XRD、N2脫附-吸附等手段對產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)和形貌進(jìn)行分析表征。結(jié)果表明，制備得到的是比表面積大、多層次、多維度的自支撐三維網(wǎng)狀褶皺形貌的產(chǎn)物，其比表面積為103 m2g-1。這些結(jié)構(gòu)有利于吸附質(zhì)分子、離子間的接觸和結(jié)合。最后，我們進(jìn)一步考察了該材料對染料及鉛、鎘離子的吸附能力。在5 min內(nèi)，樣品可以吸附90％以上的

5、剛果紅染料，對鎘離子的吸附容量達(dá)100 mg/g，對鉛離子的吸附容量達(dá)350 mg/g。
　　再次，通過兩相回流-焙燒法制備出不同形貌、尺寸的氧化鋁/碳復(fù)合材料，通過不同手段對產(chǎn)物進(jìn)行表征，并將其應(yīng)用于對模擬染料、重金屬離子鉛和鎘的吸附。在此過程中，本文研究了不同焙燒溫度對產(chǎn)物形貌及其吸附性能的影響。通過TEM、SEM、XRD和N2脫附-吸附等手段對產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)和形貌進(jìn)行分析。結(jié)果表明：產(chǎn)物為長度大約200 nm左右的納米棒，尺寸較

6、為均一，且在吸附重金屬離子鉛和鎘的試驗(yàn)中展現(xiàn)出較為優(yōu)異的性能。對鎘離子溶液的最大吸附容量為250 mg/g，對鉛離子溶液的最大吸附容量為228 mg/g左右。
　　最后，我們以硝酸鋁、油酸鈉、氫氧化鈉、硝酸鎳為原料，通過兩步水熱后再焙燒的方法制備出鎳/氧化鋁/碳復(fù)合材料。為了與這種方法形成對比，我們又將堿渣和含鋁廢酸制備得到的氧化鋁/碳復(fù)合物作載體后再負(fù)載鎳，并利用TEM、SEM和XRD等表征對不同方法制備得到的產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)和形貌進(jìn)