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多孔碳材料的制备、表征及应用

于运红  
【摘要】:多孔碳材料由于具备较大的比表面积、均一的孔道结构、优良的化学性质及良好的热稳定性等优点,因此广泛的应用于吸附、催化及电化学等领域。为了进一步拓宽其应用领域,研究者必须开发更多的介观结构(p6mm,Ia3d,Im3m)及形貌(棒状、球形、纤维、块状)。本文主要以酚醛树脂和离子液体为碳源,通过简单的浸渍得到不同形貌的多孔碳材料。论文的主要研究内容如下:1)使用酚醛树脂为碳前躯体,棒状SBA-15溶液(中间略去合成SBA-15很多步骤,如:干燥,煅烧等)为硬模板简单快速的合成有序棒状介孔碳材料。得到的碳材料能够完全反相复制二维六方(p6mm)结构的SBA-15的介观结构及棒状形貌。该材料具有较好的介孔(5.1 nm)和较高的比表面积(795 m2g-1),因此可用于吸附大分子染料酸性品红(AF)、甲基橙(MO)及亚甲基蓝(MC),并且对于有色的污水可完全使其漂白。2)以3-(4-苯乙烯基)-1-乙烯基咪唑氯盐的离子液体单体及聚合物为碳前躯体,铁氰化钾为催化剂得到具有掺N石墨型的碳纳米管材料,在此其中,我们研究了碳化温度及催化剂用量对结果的影响,当碳化温度为900°C,催化剂用量为0.8 g时得到的材料具有中空的纳米管状,并且石墨化程度较好。之后为了增加其比表面积,又引入了直径约为5 nm左右的硅球。实验结果表明,得到的多孔碳材料具有较好的静态CO2吸附性能。3)选用绿色环保的六次甲基四胺(HMT)为碳氮源,混合的嵌段共聚物P123和F127为模板剂,采用一步法直接快速的得到整体块状多孔碳材料,该材料含有一定的N元素(2.86%),可用于吸附酸性气体CO2。之后,在上述合成过程中,将Fe(NO3)3·9H2O加入到模板剂与碳前躯体混合物中,得到的多孔碳材料具有石墨化结构,并且该材料在电化学领域中表现出良好的性能。


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