一步法合成粘土/炭纳米复合材料及其吸附性能的研究

作     者：汤瑛召 

作者单位：合肥工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：吴雪平

授予年度：2016年

学科分类：081702[工学-化学工艺] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

主      题：粘土/炭 一步活化法 选择吸附 有机物 重金属离子 

摘      要：本文以自然界中广泛存在的粘土矿物为模板,以纤维素、壳聚糖、葡萄糖、淀粉为碳源,通过一步活化法制备粘土/炭纳米复合材料,探讨了活化工艺条件对粘土/炭吸附性能的影响,并着重探讨了粘土/炭的选择吸附性能,主要内容如下：(1)以壳聚糖为碳源,ZnCl为活化剂,一步法制备埃洛石/炭纳米复合材料。采用傅立叶变换红外(FTIR)光谱仪、透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)仪和比表面积分析仪(BET)对材料结构进行了表征,结果证明制备的材料具有微孔结构,且表面含有大量有机官能团。探讨了埃洛石/炭对苯甲酰甲酸的吸附行为和机理。研究表明苯甲酰甲酸在埃洛石/炭上的最大吸附容量高达95 mg/g,相比于未改性埃洛石其值提高了近10倍。埃洛石/炭对苯甲酰甲酸的吸附行为符合Langmuir模型。苯甲酰甲酸在埃洛石/炭表面上的吸附速率较快,在30 min时即可达到吸附平衡,并符合准二级吸附动力学模型。在298 K-318 K范围内,计算出了热力学参数AG(?)、△H(?)和△S(?)的值,△G(?)和△H(?)均为负值,表明该吸附过程是自发、放热过程。(2)以纤维素为碳源、ZnCl为活化剂,一步法制备了表面含有大量官能团、具有微-介孔结构的埃洛石/炭纳米复合材料,制备的埃洛石/炭纳米复合材料的最大比表面积可以达到1969 m2/g。通过埃洛石/炭对单一染料和混合燃料的吸附实验结果,探讨其选择吸附性能。通过紫外分光光度计检测,该吸附剂对阳离子染料孔雀石绿和亚甲基蓝的平衡吸附容量分别高达420 mg/g和408 mg/g,这是由于静电相互作用引起的。染料分子的大小和孔径的匹配程度同样会影响吸附结果。(3)以氯化锌为活化剂,不同粘土(埃洛石、海泡石、蒙脱石、凹凸棒石)为模板,选取不同生物质碳源(纤维素、壳聚糖、葡萄糖、淀粉)在浸渍比2:1、活化温度500℃、活化时间1h条件下,一步活化制备粘土/炭纳米复合材料。得到的所有活化产物的比表面积都在800 m2/g以上。以壳聚糖为碳源的蒙脱石/炭样品对重铬酸钾的脱除率最高,平衡吸附量达到39 mg/g,较原始蒙脱石对重铬酸钾的平衡吸附量4 mg/g有较大提高。这是由于高的比表面积提供更多结合位点,同时蒙脱石粘土层间域中的离子能与铬离子发生相互作用。