冷冻干燥法制备多孔炭材料及其对有机污染物吸附性能研究

发布时间：2020-06-26 09:52

【摘要】：随着工农业的发展,有机污染物引起的水体污染现象日益严重,水体的有机污染问题亟待解决。目前对有机污染物的处理方法可大致分为物理法、化学法和生物法等。物理吸附法由于具有操作简单,吸附效率高,且吸附质可重复利用等优点,是目前最主要的物理处理方法之一。多孔炭作为高效吸附材料在污水处理中备受关注,制备具有高吸附能力的多孔炭材料并研究其吸附性能是本领域的研究热点之一。本论文将现有的多孔炭材料的制备方法进一步优化,利用冷冻干燥技术,结合高温炭化法和化学活化法的综合方法,探索具有超高比表面积和孔容的多孔炭材料的新方法,并研究其对有机染料吸附性能,具体研究工作如下:1.多孔炭材料的合成:本文通过冷冻干燥法,结合高温炭化法和化学活化法相结合的综合方法,以高分子材料聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为原料,依次经过前驱溶液的配制及冷冻干燥过程,前驱多孔炭材料的预氧化过程,前驱材料的高温炭化过程和多孔炭的化学活化过程,得到集微孔、介孔和大孔于一体的复合型具有超高比表面积(2930.2 m~2/g)和孔容(1.7306 cm~3/g)的多孔炭材料。并对其进行SEM、XRD、IR、TG-DTG、低温氮气吸附-脱附等温曲线测定、压汞测试等方法表征。发现当改变前驱液浓度时,通过改变冰模版的形貌结构间接改变了多孔炭的大孔结构;改变预氧化温度和时间条件,对多孔炭几乎没有影响;改变炭化温度和升温速率,发现炭化温度越高,升温速率越慢,得到多孔炭形貌越规则,且温度越高,多孔炭的非晶化程度越大;改变活化时间条件,发现活化过程主要是形成微孔结构的过程,活化时间越长,得到多孔炭的微孔结构越发达。2.多孔炭材料吸附性能研究:系统的研究该多孔炭对亚甲基蓝(MB)、甲基橙(MO)和罗丹明B(RB)染料的吸附能力,并对吸附结果进行吸附动力学方程拟合及吸附机理推测,推测该多孔炭对亚甲基蓝(1212.5 mg/g)的吸附作用为静电吸附作用,对甲基橙(950 mg/g)的吸附可能为静电吸附或氢键作用;而对罗丹明B(1125 mg/g)的吸附则为复合式作用。并以亚甲基蓝染料作为吸附质,分别对吸附温度、吸附染料浓度和吸附染料溶液PH值等因素进行探究。发现当吸附温度为303 K,吸附染料溶液浓度为100 ppm,吸附溶液PH为9时,该多孔炭材料对亚甲基蓝染料吸附速率最快。并且通过对脱色率等温线进行吸附动力学拟合对比,发现准一级动力学方程可以很好的拟合该吸附过程。
【学位授予单位】：东北师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X703;O647.3
【图文】：

机污染物对水体的污染图

图 1.2 生活中的各色染料图。1.2 有机染料的处理方法有机染料废液成分复杂，具有耐光照、抗酸碱和抗氧化等优点，却使得染料废液理过程难度加大，其净化过程一直以来备受关注。对于该类水体的净化降解方法多致可分为三大类：物理法、化学法和生物法。

【参考文献】

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本文编号：2730153