改性碳质材料的结构和纳米孔及其与典型有机污染物吸附行为的关系

发布时间：2018-07-12 17:07

  本文选题：干酪根 + 改性　； 参考：《中国科学院大学(中国科学院广州地球化学研究所)》2017年硕士论文

【摘要】：本研究选取茂名油页岩为初始原料,在500℃下限氧热解得到黑碳样品,并对其进行改性处理(包括H_2O_2、NaClO和KMnO4氧化法,HCl水解法以及ZnCl_2活化法),同时对油页岩提取的干酪根样品进行不同温度下的活化(ZnCl_2、KOH)和氧化(H_2O_2、NaClO)处理,对其进行元素分析、傅里叶红外光谱(FTIR)、固体13C核磁共振(NMR)、X射线光电子光谱(XPS)以及CO2气体吸附等表征实验,并研究其对疏水性有机污染物菲(Phen)和壬基酚(NP)的吸附行为,然后利用不同的纳米孔模型(PD、LPPD、DR)拟合吸附体积,研究结果表明:改性黑碳样品对菲的吸附均为典型的非线性吸附,其中,H_2O_2氧化、NaClO氧化和HCl水解降低了吸附非线性,而ZnCl_2活化和KMnO4氧化使吸附非线性增强;同时H_2O_2氧化使其对菲的吸附容量最大,而NaClO氧化则表现出最低的吸附容量。发现所有样品对菲的吸附容量与样品的比表面积(SSA)和纳米孔体积(Vo)有显著的正相关关系,同时纳米孔模型分析表明纳米孔填充机理是菲在改性黑碳上的主要吸附机制。ZnCl_2-H_2O_2和ZnCl_2-NaClO处理的样品的纳米孔体积(Vo)和比表面积(SSA)均随着热解温度的升高而升高,在500℃时达到最大值。其中,在500℃时,ZnCl_2活化和H_2O_2氧化处理有最大的纳米孔体积和比表面积,分别为227μL/g和567m2/g。ZnCl_2活化和氧化样品对菲和壬基酚的吸附等温线均为非线性,且对菲和壬基酚的吸附容量K'F随着热解温度的升高而升高,发现样品对菲和壬基酚的吸附容量K'F与0~1.1 nm和1.1~2 nm处的纳米孔体积(Vo)和比表面积(SSA)呈显著正相关关系。DR模型对菲拟合的吸附体积与0~1.1 nm和1.1~2 nm处的纳米孔体积(Vo)呈显著正相关关系,且与1.1~2 nm处的纳米孔体积相关性更好。纳米孔模型分析表明纳米孔填充是ZnCl_2活化和氧化样品对菲的吸附的主要机理,而对壬基酚的吸附可能还存在其他机理,且对菲和壬基酚的吸附过程中存在分子筛作用。此外,发现ZnCl_2活化和氧化样品的非质子芳香碳含量是影响其纳米孔体积、吸附容量、吸附非线性以及孔填充体积的主要因素。KOH-H_2O_2和KOH-NaClO处理的样品的纳米孔体积(Vo)和比表面积(SSA)均随着热解温度的升高而升高,但均低于ZnCl_2活化样品,同时其产率明显低于ZnCl_2活化样品。此外,KOH活化样品在400℃之后主要增加极微孔孔容,其极微孔率可达53.6%。随热解温度的升高,KOH活化样品对菲和壬基酚的吸附容量K'F先升高后降低,在400℃达到最大值,但均明显低于ZnCl_2活化的样品K'F。此外,其吸附容量值K'F与极性((N+O)/C)和亲水性(O/C)呈显著负的相关关系,吸附的非线性因子(n)与H/C值呈显著正相关关系,表明随着样品芳香度增强,吸附非线性增强。纳米孔模型分析同样表明其对菲的吸附主要为纳米孔填充,而对壬基酚的吸附可能还存在其他作用,且对菲和壬基酚的吸附中存在分子筛的作用。
[Abstract]:In this study, Maoming oil shale was selected as the initial raw material, and the black carbon sample was obtained by oxygen pyrolysis at the lower limit of 500 鈩，

本文编号：2117885