金属氧化物多孔碳复合材料的制备及吸附性能研究
发布时间：2020-10-28 15:03
随着人类社会现代化的加快发展,汽油的消耗量与日俱增,而汽油中含有的有机硫化物燃烧产物会对环境产生严重污染。例如二氧化硫与水形成酸雨对工业、农业等方面的危害相当严重,同时二氧化硫气体又严重危害着人们的身体健康。为保护环境,实现燃油脱硫仍是当前石化能源的重要研究方向,而在各种脱硫技术中,吸附脱硫是具有广阔发展前景的脱硫技术。本文的工作重点是探究金属氧化物复合碳材料的制备及其吸附性能。本文主要分为三个部分,前两部分分别以多孔碳和氮掺杂介孔碳为载体负载硝酸铜,探究铜的负载和焙烧温度对复合材料的结构及活性中心一价铜离子生成量的影响,以及该铜氧化物复合材料对模拟汽油中含硫有机化合物噻吩和苯并噻吩的吸附脱除。第三部分以富氮介孔碳为基体负载金属盐,通过焙烧探究金属盐的种类对所得氧化物复合材料的结构和性能影响。本文第一部分,采用水热合成法,以酚醛树脂作为碳基体,F127作为多孔模板剂制备得到多孔碳预聚体。分别将多孔碳预聚体和600℃焙烧所得碳材料作载体,采用浸渍法负载硝酸铜,在氮气保护下不同温度焙烧合成铜基氧化物多孔碳材料。通过粉末衍射(XRD)、傅里叶红外光谱(FT-IR)、热重分析(TG)、透射电镜(TEM)、氮气吸脱附等温线等表征方法对所制备样品的理化性质进行表征,并探究其在脱除模拟油中有机硫化物噻吩和苯并噻酚的效果。结果表明:以600℃焙烧后的碳材料作载体负载5%的硝酸铜,焙烧温度为300℃时,噻吩和苯并噻吩溶液中硫的吸附脱除量分别为0.061 m mol·g~(-1)和0.57 m mol·g~(-1)。本文第二部分,以间苯二酚为碳源,三聚氰胺为氮源,F127作为介孔模板剂制备得到氮掺杂介孔碳预聚体。氮掺杂介孔碳预聚体和600℃焙烧所得碳氮材料作载体,采用浸渍法负载硝酸铜,在氮气保护下不同温度焙烧制备铜基氧化物碳氮介孔材料,并探究氮元素的掺入对铜基氧化物材料脱除模拟汽油中有机硫化物噻吩和苯并噻酚的影响。通过氮气吸附等温线与透射电镜等方法对氮掺杂介孔碳材料的结构进行表征,制备出的氮掺杂介孔碳孔径在3.9 nm左右,且孔道结构规整有序。结果表明:以600℃焙烧后的氮掺杂介孔碳材料作载体负载5%的硝酸铜,焙烧温度为400℃时,噻吩和苯并噻吩溶液中硫的吸附脱除量分别为0.062 m mol·g~(-1)和0.68 m mol·g~(-1)。本文第三部分,以酚醛树脂为碳基体,以三聚氰胺为氮源,采用共络合沉淀法原位负载不同金属盐,在氮气氛围下焙烧制备金属介孔碳氮复合材料。通过粉末衍射、透射电镜、氮气吸脱附等温线等表征方法对所制备样品的理化性质进行表征,并探究其对有机染料罗丹明B的吸附效果。实验结果表明:金属碳氮复合材料在800℃焙烧碳化能得到高比表面积的介孔结构,硝酸铁和氯化铁两种金属盐为原料与富氮介孔碳制备的复合材料对罗丹明B表现出良好的吸附效果。
【学位单位】：曲阜师范大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TB33;TE624.5
【部分图文】：
软模板法合成机理：A，协同作用机理；B，液晶模板机理；
图 3-1 铜基氧化物多孔碳不同温度焙烧后 XRD 衍射谱图Fig. 3-1 XRD pattern of samples calcinated at different temperatures.(Fig. 3-1A a: C-5Cu; b: C-5-200; c: C-5-300; d: C-5-400; e: C-5-600; f: C-5-800;Fig. 3-1B a: 600C-5Cu; b: 600C-5-200; c: 600C-5-300; d: 600C-5-400;e: 600C-5-600; f: 600C-5-800;)-1A 为所制得C-5Cu系列样品在不同温度下焙烧后的样品广角 XRD 图。楚地看出 200 ℃焙烧后的样品显示 Cu2O (JCPDS card No. 05-0667)的特烧后的样品同时显示 Cu(JCPDS card No. 04-0836)和 Cu2O 的特征峰，8原为铜。图 3-1B 为所制得 600C-5Cu 系列样品在不同温度焙烧后的 X 200 ℃焙烧后硝酸铜分解生成氧化铜，显示 CuO (JCPDS card No. 48-15在 300 ℃和 400 ℃焙烧后显示出 Cu2O (JCPDS card No. 05-0667)的特征高，碳逐渐把氧化铜还原成氧化亚铜。随着焙烧温度继续升高，在 600 ℃碳把氧化亚铜全部还原为铜，从而在 XRD 衍射谱图上显示出 Cu单质的
图 3-2 铜基氧化物多孔碳不同温度焙烧后的红外谱图Fig. 3-2 FT-IR spectra of samples calcinated at different temperatures(Fig. 3-2A a: C-5; b: C-5-200; c: C-5-300; d: C-5-400; e: C-5-600; f: C-5-800;Fig. 3-2B a: 600C-5Cu; b: 600C-5-200; c: 600C-5-300; d: 600C-5-400; e: 600C-5-600;f: 600C-5-800; g: Cu(NO3)2).图 3-2A 为所制得 C-5Cu系列样品在不同温度焙烧后的 IR 谱图。可以清楚地看到硝酸铜（曲线 g）在 1384 cm-1处显示出很强的吸收峰。此处 1384 cm-1的吸收峰属于 N-O 振动吸收峰。样品 C-5 是预聚体负载 5 %硝酸铜没有焙烧的红外吸收曲线，由于硝酸铜含量较低，在 1384 cm-1处吸收强度明显低于 g。曲线 b 是样品 C-5-200 在 200 ℃焙烧后的红外吸收曲线，此时在 1384 cm-1处已经看不到 N-O 的振动吸收峰，这说明 200 ℃时硝酸铜已经完全分解，这和前面 XRD 数据显示结果是一致的。图 3-2B 为所制得 600C-5Cu 系列样品不同温度焙烧后和纯硝酸铜原粉的红外吸收数据。可以看出样品 b 在 200 ℃焙烧后，硝酸根已经开始出现分解，吸收峰强度明显低于没烧的原粉样品 a。300 ℃焙烧后硝酸根几乎分解完全，而且随着温度继续升高，硝酸铜分解的更加完全，曲线 c，d，e，f中 1384 cm处的 N-O 吸收振动峰消失。
【参考文献】
本文编号：2860249
【学位单位】：曲阜师范大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TB33;TE624.5
【部分图文】：
软模板法合成机理：A，协同作用机理；B，液晶模板机理；
图 3-1 铜基氧化物多孔碳不同温度焙烧后 XRD 衍射谱图Fig. 3-1 XRD pattern of samples calcinated at different temperatures.(Fig. 3-1A a: C-5Cu; b: C-5-200; c: C-5-300; d: C-5-400; e: C-5-600; f: C-5-800;Fig. 3-1B a: 600C-5Cu; b: 600C-5-200; c: 600C-5-300; d: 600C-5-400;e: 600C-5-600; f: 600C-5-800;)-1A 为所制得C-5Cu系列样品在不同温度下焙烧后的样品广角 XRD 图。楚地看出 200 ℃焙烧后的样品显示 Cu2O (JCPDS card No. 05-0667)的特烧后的样品同时显示 Cu(JCPDS card No. 04-0836)和 Cu2O 的特征峰，8原为铜。图 3-1B 为所制得 600C-5Cu 系列样品在不同温度焙烧后的 X 200 ℃焙烧后硝酸铜分解生成氧化铜，显示 CuO (JCPDS card No. 48-15在 300 ℃和 400 ℃焙烧后显示出 Cu2O (JCPDS card No. 05-0667)的特征高，碳逐渐把氧化铜还原成氧化亚铜。随着焙烧温度继续升高，在 600 ℃碳把氧化亚铜全部还原为铜，从而在 XRD 衍射谱图上显示出 Cu单质的
图 3-2 铜基氧化物多孔碳不同温度焙烧后的红外谱图Fig. 3-2 FT-IR spectra of samples calcinated at different temperatures(Fig. 3-2A a: C-5; b: C-5-200; c: C-5-300; d: C-5-400; e: C-5-600; f: C-5-800;Fig. 3-2B a: 600C-5Cu; b: 600C-5-200; c: 600C-5-300; d: 600C-5-400; e: 600C-5-600;f: 600C-5-800; g: Cu(NO3)2).图 3-2A 为所制得 C-5Cu系列样品在不同温度焙烧后的 IR 谱图。可以清楚地看到硝酸铜（曲线 g）在 1384 cm-1处显示出很强的吸收峰。此处 1384 cm-1的吸收峰属于 N-O 振动吸收峰。样品 C-5 是预聚体负载 5 %硝酸铜没有焙烧的红外吸收曲线，由于硝酸铜含量较低，在 1384 cm-1处吸收强度明显低于 g。曲线 b 是样品 C-5-200 在 200 ℃焙烧后的红外吸收曲线，此时在 1384 cm-1处已经看不到 N-O 的振动吸收峰，这说明 200 ℃时硝酸铜已经完全分解，这和前面 XRD 数据显示结果是一致的。图 3-2B 为所制得 600C-5Cu 系列样品不同温度焙烧后和纯硝酸铜原粉的红外吸收数据。可以看出样品 b 在 200 ℃焙烧后，硝酸根已经开始出现分解，吸收峰强度明显低于没烧的原粉样品 a。300 ℃焙烧后硝酸根几乎分解完全，而且随着温度继续升高，硝酸铜分解的更加完全，曲线 c，d，e，f中 1384 cm处的 N-O 吸收振动峰消失。
【参考文献】
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6 孙志娟,余谟鑫,张心亚,陈焕钦;油品中噻吩类硫化物脱除技术研究进展[J];化工进展;2005年09期
本文编号：2860249
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