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《哈尔滨工业大学》 2015年
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N掺杂磁性介孔碳的合成及其对酸/碱染料吸附性能研究

梁桃  
【摘要】:有机染料是水体环境的重要污染源,目前吸附是最受欢迎的水处理工艺。吸附材料的选择是影响吸附的决定因素之一,然而,大部分的有机染料的分子尺寸很大,难以被含有大量微孔结构的商用活性炭吸附。且活性炭在水体中极易分散,难以回收,在吸附过程中造成了二次污染。因此,寻找一种合适的吸附材料对有机染料进行吸附显得尤为重要。近年来,介孔碳材料凭借其较大的孔径、较高的比表面积得到学者们的青睐。在介孔碳材料的基础上引入磁性纳米粒子,能够实现对吸附剂的简单有效分离回收。同时吸附剂表面官能团可以改变吸附剂的酸碱性和亲疏水性,并且和水中的有机染料的基团发生键合作用,进而影响吸附性能。本论文包括两部分:第一部分以苯胺为氮源和碳源,十二烷基磺酸钠(SDS)和三嵌段共聚物PEO20-PPO70-PEO20(P123)为软模板剂,使苯胺在Fe3O4纳米颗粒表面发生氧化聚合,制备了磁性介孔复合材料Fe3O4@m PANI。经过高温焙烧,制备出N掺杂的磁性介孔碳材料Fe3O4@N-m C。实验考察了Fe3O4@N-m C材料对酸性小尺寸染料甲基橙(MO)、碱性小尺寸亚甲基蓝(MB)、碱性大尺寸罗丹明B(Rh B)的吸附性能影响。结果发现,由于材料特殊的孔径结构,Fe3O4@N-m C对3种染料的吸附量大大超过活性炭。由于表面N掺杂,材料表面碱性增强,有利于对MO的选择吸附。而Fe3O4磁性中心的引入增加了材料的循环回收性能。通过Fe3O4@N-m C对染料的吸附动力学计算,发现吸附反应的决速步是介孔碳对染料化学吸附和颗粒扩散步骤。第二部分以Fe3O4@m Si O2材料为硬模板,环境友好的尿素和葡萄糖作为氮源和碳源,制备出N/O掺杂的介孔碳材料Fex Oy@N-O-m C;同时,采用相同的方法制备出O掺杂的介孔碳材料Fex Oy@O-m C;分别考察了其对MB、MO、Rh B的吸附性能。与商业活性炭对比,发现材料特殊的孔结构及含氧官能团可以显著提高染料的吸附量。N掺杂介孔碳材料Fex Oy@N-O-m C较Fex Oy@O-m C对酸性染料表现出较强吸附性能。Fe3O4磁性中心的引入可以增加材料的循环回收性能。此外,对比研究了Fex Oy@N-O-m C与Fex Oy@O-m C对染料的吸附动力学,发现吸附反应的决速步是介孔碳对染料化学吸附和颗粒扩散步骤,而N官能团可以提高对酸性染料的吸附速率。
【学位授予单位】:哈尔滨工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:X788;TQ424

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