有序介孔碳的合成、改性及其应用

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介孔碳是具有良好的化学稳定性和机械稳定性、大的孔容和比表面积等特性的一种材料,由于介孔碳其具有以上这些特性,使得其成为了一种潜在的吸附剂、分离剂和催化剂等,还可以对介孔碳材料进行改性修饰使其表现出更好的性能,如吸附性能和催化性能等。本文将以介孔碳材料为主要的研究目标。  首先,本文中介孔碳CMK-3的制备采用的是硬模板法,模板剂为介孔分子筛SBA-15,碳源为蔗糖,其中模板剂介孔分子筛SBA-15是通过水热法合成的。采用多种手段对样品进行了表征,结果显示,合成的CMK-3具有大的比表面积和规则排列的孔道结构,SBA-15和CMK-3的比表面积、孔径、孔体积分别为690、1362 m2/g,5.7、3.4 nm,0.95、0.97cm3/g。  其次,磁性介孔碳复合材料Fe/CMK-3、Co/CMK-3和Ni/CMK-3是通过简单的浸渍法制备而成的,具体是将介孔碳CMK-3和磁性粒子的前驱体浸渍在乙醇溶液中,并对合成的材料Fe/CMK-3、Co/CMK-3和Ni/CMK-3进行了表征,研究了甲基橙在磁性介孔碳上的吸附行为。吸附时间、pH值、温度、吸附剂用量及初始浓度等因素都会对吸附行为产生一定的影响,因此,吸附过程中对这些因素进行了逐一的考察,还有吸附动力学模型、吸附热力学模型同样被采用来探讨吸附机理,另外,评价了磁性介孔碳Fe/CMK-3、Co/CMK-3和Ni/CMK-3的重复利用性。Langmuir等温吸附模型和Freundlich等温吸附模型拟合结果表明,前者更好地描述了磁性介孔碳Fe/CMK-3、Co/CMK-3和Ni/CMK-3对甲基橙的吸附过程,Fe/CMK-3、Co/CMK-3和Ni/CMK-3对甲基橙的最大吸附量分别为187mg/g,157 mg/g和166mg/g。假一级动力学模型和假二级动力学模型拟合结果表明,吸附行为能够更好的符合后者。通过吸附热力学研究结果计算得到,吸附吉布斯自由能△Gθ<0,说明吸附行为是自发进行的,吸附标准焓变△Hθ<0,说明吸该附行为为放热过程。吸附剂的再生方式有焙烧处理和脱附处理这两种,再生实验表明前者的再生效果要优于后者,吸附后经焙烧处理的Co/CMK-3,其第6次循环使用对甲基橙的去除率仍达到76.9%,且在磁场作用下易于分离回收。  最后,用已合成的介孔碳为原料,通过水热法合成了花球状的Bi2WO6和CMK-3/Bi2WO6样品,再采用光还原过程得到了Ag负载的Ag/Bi2WO6和Ag/CMK-3/Bi2WO6样品,利用各种方法对已制备的样品进行了表征。通过利用已制备的样品在可见光照射下降解亚甲基蓝(MB)来考察它们的光催化活性,实验发现当介孔碳CMK-3含量相同时,样品Ag/CMK-3/Bi2WO6比Ag/Bi2WO6和CMK-3/Bi2WO6的光催化活性高,当1.5% CMK-3和1.0% Ag同时负载在Bi2WO6上时,样品的光催化活性最佳,且Ag/CMK-3/Bi2WO6光催化剂具有较好的化学稳定性,并对其进行了回收和重复使用。另外,对介孔碳CMK-3和Ag负载Bi2WO6之所以能提高其光催化活性的机理进行了分析。
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