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氧化铈碳纳米复合纤维制备及吸附催化性能研究

魏晓阳  
【摘要】:随着碳纳米纤维在很多方面的广泛应用,将金属氧化物修饰到碳纳米纤维上,碳纳米纤维自身良好机械性能既是理想的负载型碳基材料;又可作为支撑骨架可以防止金属氧化物纳米颗粒的团聚。然而金属氧化物在负载过程中极易自发团聚,进而影响复合材料的最终使用性能。静电纺丝技术是目前制备连续纳米纤维最高效、方便的方法之一,制备的纳米纤维具有密度低、比表面积高、孔隙率高、轴向强度大、均一性好以及形貌可控等特点。本研究选用PAN作为电纺前驱高聚物,采用混纺-煅烧法成功制备了性能良好、不易流失的氧化铈碳纳米复合纤维膜,通过扫描电子显微镜(SEM)、能量色散X射线能谱(EDS)、X-射线衍射仪(XRD)、拉曼光谱(Raman)和比表面积及孔径测试等手段对氧化铈碳纳米复合纤维膜进行了表征。通过静电纺丝情况和该氧化铈复合材料对水中砷的吸附性能,筛选了最佳的氧化铈负载量、材料预氧化温度和材料碳化温度。系统研究了所制备的氧化铈复合纤维膜对水体中As ~(III)和As ~V的吸附性能,考察了溶液p H、温度、吸附时间、体积、砷离子浓度和共存离子对吸附效率的影响,探究了复合材料的吸附脱附和再生能力。采用傅里叶红外光谱(FITR)对材料进行了吸附机理分析。以亚甲基蓝为模型污染物,考察了制备的氧化铈复合材料催化降解水中有机污染物的催化氧化性能。研究了不同温度、催化剂浓度、氧化剂浓度等条件下,对氧化铈复合材料降解亚甲基蓝效果的影响。本文研究中所制备的氧化铈碳纳米纤维膜,制备方法简易,对不同价态砷离子具有高效、稳定吸附能力,对有机染料有较好的催化降解效果,且易于回收,不易流失,在实际应用中具有潜在的价值。


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