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多孔碳材料的制备、改性及吸附应用

臧文伟  
【摘要】:多孔碳材料具有可控的孔隙结构和表面化学性质,被广泛的应用于催化、吸附、传感及电化学等领域,通过改性,掺杂等方法可改善多孔碳材料的性能。掺氮可以极大的改变材料的电子和晶格结构、增强其亲水性、影响材料表面的酸碱性。本论文采用模板法合成了一系列多孔碳材料。探索研究了介孔碳材料骨架结构的调控,氮原子掺杂和形貌控制的路径及反应机理,并研究了其在酸性气体吸附和甲基橙吸附等领域的应用。 首先,采用多种类型的离子液体为碳源,一步法加入到SBA-15前驱体溶液中制备了氮掺杂的离子液体/硅复合材料。特别是离子液体1-十六烷基-3-甲基咪唑为氮源,经过溶剂挥发,碳化溶硅后得到整体大块碳材料。这种整体大块碳材料在催化、吸附及电化学领域有潜在的应用。 以尿素为廉价碳氮源,首次在水相中一步法合成掺氮纳米碳球,脲醛树脂水溶液有着丰富的-OH与嵌段聚合物F127通过氢键连接,共组装成有序的体心立方结构(Im3m)。提出了水相掺氮碳球的形成机理。研究该材料对酸性气体吸附,实验结果表明,所合成的介孔掺氮碳材料具有良好的静态CO2吸附能力和动态SO2吸附能力。 为了便于质量快速传递,对蠕虫状孔结构进行设计和改善。我们以蠕虫状介孔硅为硬模板,F127为软模板和TEOS作为无机添加剂通过溶剂挥发的方法制备三种分级多孔结构的碳材料(WMCs)。添加F127有利于新介孔的产生,引入TEOS可创造多余的微孔来增加比表面积。研究了分级蠕虫状孔碳材料的形貌、孔结构和比表面积对甲基橙分子吸附的影响。除此之外,吸附等温线和吸附动力学模型用来研究WMCs对甲基橙分子的吸附机理。


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