毕业论文 纳米TiO2环保涂料现状VIP

1、学号：哈尔滨师范大学学士学位论文题 目 纳米TiO2环保涂料现状学 生 马井堂指导教师 王春梅 讲师年 级 2008级专 业 材料化学系 别 材料化学系学 院 化学化工学院哈 尔 滨 师 范 大 学学士学位论文开题报告论文题目 纳米TiO2环保涂料现状学生姓名 马井堂指导教师 王春梅 讲 师年 级 2008级专 业 材料化学2012年 3月课题来源：在教师指导下自拟题目课题研究的目的和意义：近年来，国内外关于多孔碳材料这一科技的研究已成为新材料研究的热点。通过对多孔碳材料的合成与吸附的研究，以及在其他领域多孔碳材料的应用，展望了多孔碳材料的应用前景和在未来各种科学领域的发展。国内外同类课题研究

2、现状及发展趋势：自从上个世纪，人们对于功能材料的研究就表现出了极大的兴趣，并进行了广泛的研究，而对于碳纤维，多孔碳材料的研究开发已有二十余年。虽目前国内关于多孔碳材料的研究还处于初步阶段，但关于多孔碳材料的各种成功制备和应用，都可以说明多孔碳材料的研究得到了很大进步和发展。碳纤维，炭复合材料有着各种优良的性能和形态,尤其是具有很高的比强度,兼有纤维本身优良的机械性能和作为炭素材料的优良机械性能及物理化学性能。而多孔碳材料因其多孔的结构特性，除具有以上性能外，还具有其他一些优良性能。例如泡沫碳纤维制品是利用碳纤维短丝同粘合剂复合, 经固化、 碳化及后加工等工艺过程制备的。它具有一定的刚性,表面平

3、整,有一定抗压、 抗弯强度, 抗腐蚀、 抗冲击性能好。耐气流冲刷,有良好的自支撑性,使用寿命长,成本低,易于大量生产。其预制件或半成品能象金属板那样贮存,而且成型容易,边料可进行再加工利用。多空碳纤维材料的性能明显优于其他制品，因此多孔碳材料的合成与吸附的研究是十分必要的。自从多孔碳材料发现以来，关于多孔碳材料的研究不断取得重要进展，在各个领域都表现出许多令人振奋的性能和潜在的应用前景。课题研究的主要内容和方法，研究过程中的主要问题和解决办法：本课题的主要内容是多孔碳材料的合成与吸附，通过查阅相关文献来进行研究课题研究起止时间和进度安排：3月03日确定论文题目3月17日上交开题报告3月03日4

4、月15日 搜集查找材料（有关书籍、文献和查找有关网站）4月05日中期检查4月15日5月01日 写论文5月05日5月09日 修改论文5月10日5月15日 做最后的论文完成工作 5月18日5月19日 审查并出稿5月22日 答辩课题研究所需主要设备、仪器及药品：外出调研主要单位，访问学者姓名：哈尔滨师范大学图书馆哈尔滨工业大学图书馆哈尔滨工业大学化学系黑龙江大学图书馆黑龙江省图书馆指导教师审查意见：本论文选题重要，创新性强，论文内容结构合理，论点正确，证据充分，写作清晰，达到了学士学位论文水平。指导教师 （签字） 年 月 教研室（研究室）评审意见：_教研室（研究室）主任 （签字） 年 月院（系）审查

5、意见：_院（系）主任 （签字） 年 月 学 士 学 位 论 文题 目 纳米TiO2环保涂料现状学 生 马井堂指导教师 王春梅 讲师年 级 2008级专 业 材料化学系 别 材料化学系学 院 化学化工学院哈尔滨师范大学2012年5月纳米TiO2环保涂料现状马井堂摘要: 概述了纳米。的制备方法，比较了各种制各方法的优缺点，介绍了纳米。因其良好的抗菌杀菌作用、空气净化作用、抗老化作用，广泛应用于涂料领域的研究进展。关键词: 纳米2制备 环保涂料 研究进展前言近些年，纳米材料因其优异的性能和广泛的用途越来越受到人们的关注。纳米2由于具有良好的抗紫外线能力、白度好、透光性好、化学活性高、分散性好等特点，

6、在陶瓷材料、催化剂载体、高级涂料等许多领域中得到广泛应用，但纳米2：的制备、应用开发仍是材料学领域关注的课题。纳米2的制备方法1.1水热法水热法是制备纳米氧化物的重要方法，是在密闭高压反应环境中，以水或水有机溶剂混合体系为反应介质，在一定温度及压力下，使前驱物质溶解，进行重结晶。水热法通常是在高压反应釜内进行。在这个密闭体系中，其压力主要依赖于体系的组成和温度。在水热条件下制得的粉体具有分散且结晶良好、晶粒粒径小且分布均匀、不需高温锻烧等特点，能够实现粉体粒径、晶型等特性的可控性，但对设备要求比较高，操作复杂，能耗大，因而成本比较高。董祥等报道了利用水热法在钛箔表面制备了三维网状结构的。纳米线

7、薄膜，并对样品进行了表征，拓展了2纳米薄膜的应用领域；朱琳等嘲报导了以硫酸钛和尿素为原料制备介孔二氧化钛，并对其进行表征。结果表明，在水热合成温度为下，水热合成制备出的二氧化钛在下煅烧后，得到的样品颗粒表面均匀，形状规则，孔径规整；沈晶晶等报道了以二钛酸钾经离子交换得到的无定形水合二钛酸为原料，与葡萄糖溶液在下进行水热反应，再在空气中煅烧，制备出介孔。，并对其进行了表征，结果表明其具有收稿日期】作者简介郧海丽（一），女，实验师，从事物理化学及分析测试工作。微米级棒状或针状形貌，并提高了其热稳定性，实验评价了其光催化性能，发现其活性与商用2催化剂相当，且其较大的粒径更易回收再利用。1.2溶胶一凝

8、胶法溶胶一凝胶法是目前研究得最多的制备方法，也是制备纳米。最常用的方法。以钛醇盐或钛的无机盐为原料，经水解和缩聚得溶胶，再进一步缩聚得凝胶，凝胶经干燥、煅烧得纳米粒子。这种方法制得的粉体纯度高、颗粒细、分散好，但同时存在不稳定、易发生团聚的缺点，并且在后处理过程中需要高温烧结，不能在不耐高温的基底材料上制备。王旭同报道了采用溶胶一凝胶法制备2。，并对其进行了表征，结果表明，制得的。具有锐钛型晶体结构并具有较高的光催化活性；向芸等同报导了采用溶胶一凝胶与冷冻干燥法制备纳米。粉体，并对其进行表征，结果发现得到分散性好、粒径小和光催化性能好的粉体；吴宁等用报道了结合溶胶一凝胶法和静电纺丝工艺，制备了

9、聚醋酸乙烯酯：杂化纳米纤维，经的焙烧后得到2纳米纤维，并对其成分、晶型、形貌进行了表征，对其紫外透射率进行了测试。1.3液相水解法液相水解法是以或为原料，配制成一定浓度后，加入碱溶液进行中和水解，形成的水合物经解聚、洗涤、干燥和煅烧处理后得到不同晶型的纳米2。产品。这种方法原料范围广，产品的成本较低，不过工艺路线长，自动化程度较低，可控难度较大。张天宇蜘报道了以和正辛醇为原料，通过液相水解法制备出粒径较小、分散性较好的纳米：第期郧海丽常永芳：纳米的制备及其在环保涂料方面的研究进展粉体，并对其特性的影响因素（煅烧温度、煅烧时间、浓度、水解温度）进行探讨；张娜报导了采用水解法生成2处理织物，结果表

10、明，处理后的织物的导热系数都有显著提高；刘忠士报道了将微波加热法引入2的水解反应中，比较了传统加热和微波加热对水解产生2粒子的粒度形貌和晶型的影响，实验显示，微波加热制得的2粒子分散性更好，粒径更小，金红石晶型含量更高。Ryoo首次用MCM一48为模板合成了介孔碳材料(CMK一1)。由于MCM一48具有两套不相连通的孔道组成，这些孔道将变成碳材料的固体部分，而MCM一48中氧化硅部分则会变成碳材料的孔道。因此CMK一1并不是MCM一48真正的复制品，而是其反转品。在脱除MCM一48的氧化硅过程中，其结晶学对称性下降4 ，后续的研究表明与所用的碳前驱物有关，其中一个具有I41/a 对称性5。1.

11、4沉淀法沉淀法一般以或（）等无机钛盐为原料，将碱性物质加入到钛盐溶液中，生成不溶性的（）沉淀，将沉淀过滤、洗涤、干燥、煅烧得到纳米2。该方法制备纳米2操作简单、重现性好、粒径可控、性能稳定。张汝冰叮报道了采用均匀沉淀法以偏钛酸为原料制备纳米2，所制得的纳米微晶平均粒径为，并能在保持锐钛矿型晶体结构，并具有较好的催化活性；李牧?幻介绍了以硫酸法制备中间产物为原料，尿素为沉淀剂，用均匀沉淀法及煅烧工艺，制备纳米金红石型2粒子，该设备工艺成本低、操作简单、产品质量好，易于实现工业化；刘平安等报道了采用微波加热均匀沉淀法，以钛液为原料，尿素为沉淀剂制备锐钛型的纳米2。，并对其晶体结构和形貌进行表征，分

12、析微波功率、微波辐射的连续性以及尿素配比对2粒子的影响，实验表明，微波功率越大、连续性越高、尿素配比越大，收率越高，但粒径变化不明显。使用SBA一15合成六方的介孔碳(CMK一3)，由于二维孔道的SBA一15孔壁上有微孔，因也可以用作复制稳定结构介孔碳的硬模板。CMK一3是碳前驱物完全充满SBA一15的孔道而形成的具有二维六角排列的碳纳米棒阵列。如果模板是二维孔道的McM一41，由于其直孔道相互没有连通，则在除去模板的过程中，介孔碳的结构会发生坍塌，因此得到的碳材料为无序的碳棒(柱)的堆积。1.5名故荨液法微乳液法是近几年发展起来较为流行的制备纳米的方法，它是以不溶于水的非极性物质为分散介质，

13、以不同于反应物的水溶液为分散相，以适当的表面活性剂为乳化剂，形成微乳液，由于微乳液能对纳米材料的粒径和稳定性进行精确控制，限制了纳米粒子的成核、生长、聚结、团聚等过程。用微乳液法制备纳米微粒具有操作简单、易于控制、粒径较小且均匀、粒子分散性好、光催化性能好等特点，但这种方法消耗的试剂多，成本较高。牛新书等以为原料，在正丁醇环己烷水组成的微乳体系中合成了纳米，制得的2微粒具有良好的光催化氧化性能；益帼报导了以为原料，在正戊醇环己烷水（溶液）组成的反相微乳液体系中制备纳米2，并对其进行表征，结果表明，当体系含水量较高时，产物粒度较小且分布均匀，适当陈化可使产物粒度变小，分布变窄：范金山报道了以为原

14、料，在以阴离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化胺为主的微乳体系中合成了纳米2，并对其光催化降解率进行实验，结果显示，在内对罗丹明的光催化降解率可达以上。纳米在环保涂料中的应用2.1抗菌杀菌作用纳米2。的杀菌作用是利用光催化作用产生的空穴和形成于表面的活性氧类与细菌细胞或细胞内的组成成分进行生化反应从而导致细菌死亡，与常用杀菌剂相比，杀菌效果迅速，能彻底杀灭细菌。用纳米的光催化性能不仅能杀死环境中的细菌，而且能同时降解细菌释放出的有毒复合物。才红报道了采用物理掺合黼备苯丙乳液复合内墙涂料，并对其性能进行了研究，结果表明，改性后的有机一无机复合内墙涂料对混合菌的抑菌效果最为显著，而且自清洁性能和负离子

15、释放能力也较好；徐瑞芬报导了将实验自制的抗茵纳米2添加于苯一丙乳液制成抗菌涂料，杀菌测试结果表明，该抗菌涂料对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、枯草芽孢的杀菌率均达到以上。2.2空气净化作用纳米作为空气净化材料可有效地降解室内居室装饰产生的氨气、甲醛、苯类化合物等有害气体，它通过光催化作用将吸附于表面的这些物质分解氧化，从而使空气中这类有害物质的浓度降低，净化室内空气，减轻或消除因这些有害气体引起的不适。徐瑞芬报道研究了纳米光催化剂复合涂料降解氨气、甲醛和苯类化合物及抗菌防霉的性能，结果表明，该涂料对甲醛、氨气和苯类化合物的降解效率均可达到以上，对多种有害细菌具有杀菌彻底性和长效性；耿启金报道了利用高

16、速分散技术制备纳米。改性多功能建筑涂料，并对其性能进行测试，结果表明该涂料对低浓度气态污染物氨和甲醛具有较高的降解率，且降解为无害的小分子物质；刘永屏报道了利用纳米：改性内墙生态涂料，不仅提高了涂料原有的性能，并且具有优异的净化空气、杀菌抑菌等功能，也能对居室装饰带来的有害气体污染起到改善作用。2.3抗老化作用抗老化性能是涂料的一项重要性能。材料的老化是多方面的，包括紫外线老化、热老化、臭氧老化和化河北化工第期学老化等。其中紫外线是最重要的因素，长期的紫外帆钛线照射会使涂料老化、变质、失去防腐能力，而纳米张娜，侯春荣，王家俊水解法2处理对织物导热性能影响的线具有较好的屏蔽佩因而能提高涂料的抗老

17、化性能。阳露波测试了紫外线吸收剂和经过无机、有机张汝冰，刘宏英李风生均匀沉淀法制备纳米。及其在环保方处理后的金红石纳米对涂料综合性能的影响，结果表明，在涂料中添加适量的金红石纳米可以提高其抗老化力学性能指标。并对其包敷处理后的外墙乳胶漆性能进行测试，结果表明，用该纳微乳液法制各纳米二氧化钛及其纳米改性后的外墙乳胶漆的耐擦洗性和抗老化性催化活性对金红石纳米用于防腐涂料。纳米粉体及其光催化性能研究人制备的纳米复合涂料，能有效阻止基体树脂的氧化，延长涂料使用寿命，提高涂料防腐性能。参考文献各现代涂料与涂装，（）：解中的应用环境健康杂志，（）：北京化工大学学报，（）：董祥。陶杰。李莹滢，等水热法制备三

18、维网状。纳米线薄膜徐瑞芬，余广为，许秀艳复合涂料中纳米。降解污染物和抗及其光电化学性能物理化学学报，（）：菌性能研究化进展，（）：能谱表征吉林化工学院学报，（）：型建筑材料，（）：沈晶晶，刘畅，朱育丹，等介孔。的水热法制备及其光催化性永屏，董善刚，高福安纳米改性内墙生态涂料的研制能物理化学学报，（）：新型建筑材料，（）：王旭，程俊华，陈嘉兴溶胶一凝胶法制备及其光催化性能阳露波金红石纳米在涂料中的应用研究钢铁帆钛，研究化工新型材料，（）：，（）：向芸，杨世源，梁晓峰，等溶胶一凝胶法一冷冻法制备及其美祥，乔健，马全利，等纳米的制备及在涂料中的应用表征材料科学与工艺，（）：现代涂料与涂装，（）：吴宁

19、，魏取福，陶丹，等纳米纤维的制备、表征及其抗紫宋庆功，颜家振，胡驰，等金红石型纳米，用于重防腐涂料外性能东华大学学报（自然科学版），（）：耐候性的研究钢铁帆钛，（）：张天宇，张双全，潘亭亭液相水解制备纳米的研究钢铁6 介孔氧化硅模板合成有序介孔碳材料自从1992年美孚公司的科学家采用有机表面活性剂为模板合成M4lS 介孔SiO2以来，各种有机表面活性剂，包括中性胺表面活性剂、聚氧化乙烯表面活性剂(PEO)嵌段共聚物表面活性等均被采用作为模板，合成高比表面积、孔径均一的介孔SiO2。其中部分具有三维交叉孔道结构的介孔SiO2材料，如MCM-48、S B A-1、S B A-15 等可成功地用于合

20、成介孔碳分子筛。选用不同结构的介孔SiO2为模板，可以合成得到不同结构的介孔碳材料。7 正戊皖发泡法制备多孔碳泡沫材料 碳泡沫是一种以碳原子为骨架，碳原子之间相互连接形成多孔网络结构的轻质固体炭材料。这种新型的功能材料具有高开孔率、高比表面积、耐高温、耐腐蚀、低密度、优良的吸附性、较低的热膨胀系数以及良好的抗压性等一系列独特的结构和优异的物理性质，尤显突出的它具有极其优异的导热性能(比热传导率可达铜的数倍)。因此，碳泡沫在微电子领域如电池电极、超级电容器，热导与热控材料领域，微波吸收材料方面均有着广泛的应用前景。选择以间苯二酚和甲醛为原料，碳酸铀为催化剂合成的具有一定粘度的酚醛树脂为前驱体，正

21、戊烷为发泡剂，吐温80为匀泡剂，采用常压物理发泡技术制得了碳泡沫。研究结果表明，所得碳泡沫是一种具有多孔网络结构的轻质固体炭材料，依据制备条件的不同，其密度在0.08-0.20g.cm-3之间。当控制前驱体酚醛树脂的粘度约为300mPa.s，发泡剂的用量为V (正戊烷):V(酚醛树脂)=0.25，以及匀泡剂的用量为V(吐温80):V(酚醛树脂)=0.10时，可以制备出孔洞互相连通、韧带和接点(韧带连接处)完好的具有良好结构的碳泡沫8。8 硅藻土为模板糠醇为碳源制备多孔炭模板法是一种通过对模板的“复制”，制备出具有和模板结构相似材料的方法。在多孔孔炭的制备中，模板法得到了广泛的应用9。 为了得到

22、结构或性能新颖的多孔炭，研究人员往往采用具有规则孔结构的硅质多孔材料(如MCM-41)为模板。 但是，多孔硅质材料的制备是材料研究的成果较新，工艺复杂，价格昂贵，以此为模板制备的炭材料价格更高。使用天然的多孔矿物为模板，来制备多孔炭材料，降低了材料成本，可使材料具有一定的商业价值10。硅藻土是一种具有孔隙率大、堆密度小、多开孔、孔径较大等特点的多孔矿，硅藻土的孔径分布比较窄，一般为50-800nm11，是一种可以选择的模板材料。以天然硅藻土为模板，糠醇为碳源，通过模板法能制备了多孔炭材料。N2吸附研究表明，此多孔炭的比表面积为542m2/g，中孔率可达54.7%，是一种既有微孔，同时也富含中大

23、孔的多孔材料。将5g硅藻土放入锥形瓶中，加入20mL糠醇(化学纯), 震荡4h。震荡后将样品过滤，把固体部分放入蒸发皿，在100下加热2h, 然后把温度提高到150保温2h, 使糠醇聚合和固化。之后将样品放入管式气氛炉中，在氮气保护气氛下，以5/min的速度将温度升高到800，保温4h，进行炭化，得到炭/模板的混合物。将炭/模板混合物放入聚四氟乙烯容器，用氢氟酸、盐酸反复清洗，去除混合物中的模板，最后用去离子水清洗、过滤，在空气中150下干燥，就得到所制备的炭。9 新型多孔碳材料 碳化物骨架碳9.1碳化物骨架碳碳化物骨架碳是近年来开发的一种具有纳米结构的新型多孔碳骨架材料。该材料以多种碳化物为

24、前驱体，在150-1 650用卤素、超临界水蒸气或刻蚀剂于低压或真空下将碳化物中的非碳原子移出，在原子水平调控碳化物骨架碳结构。该材料具有成本低、比表面积大、孔径分布窄且精确可调等特点。碳化物骨架碳作为制备四氯化硅的副产物，其制备原理如下。SiC + 2Cl2= SiCl4 + C在1 000或更高的温度下，干燥的氯气与碳化硅在高温电阻炉中反应，产生的四氯化硅气体从出口进入冷凝器中，剩余的碳转化为石墨。化物骨架碳作为制备金属氯化物的副产物，研究者认为其只是在反应器中燃烧,转化成一氧化碳或二氧化碳以提高金属氯化物的产率，并没有考虑其应用。Mohun12认为碳化物骨架碳是“第四种无定形碳”，其余三

25、种分别为“硬碳、软碳、炭黑”。为了便于与有机物碳相区分，碳化物骨架碳又被称为“矿物碳”。 目前的碳化物骨架碳是以碳化物为前驱体，在1150-1650用卤素、超临界水蒸气或其他的刻蚀剂于低压或真空下将碳化物中的非碳原子移出，在原子水平上调控碳化物骨架碳结构。该材料具有成本低、比表面积大、孔径分布窄且精确可调等优点。除此之外碳化物骨架碳中含有多种形态的碳结构，例如：无定形碳、石墨、多壁碳纳米管、类富勒烯碳、洋葱碳和类金刚石碳等。9.2 碳化物骨架碳的制备以不同的碳化物为前驱体，采用卤素、卤素化合物、超临界水蒸气等不同的刻蚀剂，在1500-1650与碳化物反应制备多孔的纳米骨架碳材料，其中以氯气作为

26、刻蚀剂应用最多。其反应如下：MaCb +(ac/2)Cl2(g) =bC(s) +aMClc(g)其中MaCb 为：SiC、TiC、ZrC、V2C、NbC、Nb2C、TaC、Ta2C、Cr3C2 、Mo2C、MoC、W2C、WC、BaC2 、CaC2 、SrC2 、Al4C3 、B4C、Fe3C等。刻蚀剂为：F2 、Cl2 、Br2 、I2 、HF、CCl4 、CHCl3 、Cl2-H2 、Cl2-HCl、H2O等。根据碳化物的性质不同，反应温度从150(ZrC·ZrN)到1650(SiC)。反应结束后，碳化物骨架碳孔中残留有氯气和氯化物。Mohum13将碳化物骨架碳在密闭空气、氮气

27、、水蒸气、二氧化碳或真空中加热，或用各种洗涤剂除去残留在碳孔中的氯气，在此过程中残留的氯化物也可以一并除去。以Ti3SiC214为前驱体制备碳化物骨架碳，所得产品结构与氯化温度有关。在较低的温度下生成的碳化物骨架碳为无定形结构，800 具有明显的石墨结构，在1 200的高温下出现1-3nm的规则带状石墨结构，反应过程中Ti3SiC2 的孔容和形状保存下来，并且可精确控制孔径为015-018nm。以Ti2AlC15制备碳化物骨架碳的温度为4001200，低温下得到的碳化物骨架碳为无定形结构，但已出现明显的石墨带，温度升至1000时石墨带加宽。吸附试验显示在400时碳化物骨架碳孔径分布在0.142

28、.10nm，当升温至800以上，得到的碳化物骨架碳为微孔和中孔混合结构，孔径分布在0.1357.10nm，理论密度为0.137g·cm- 3。以Fe3C16制备石墨材料引起人们的关注。使用Fe3C可在600的温度下合成相当规则的石墨。产物碳化物骨架碳可以分为3种类型：低于500时为无定形结构；在600-1 100时生成规则的石墨微晶；在Fe/Fe3C的共熔点1130时，大量的石墨晶体以液态方式生成。以金属碳化ZrC0.98 17为前驱体合成碳化物骨架碳温度范围为200-1200。随着氯化温度的升高，形成的碳化物骨架碳结构逐渐规则。温度范围为300-600时孔径很小，分布窄；在800-

29、1200范围内孔径和分布变宽。ZrC为非化学计量化合物ZrC-ZrC0.99，该化合物Zr原子在0.2349nm处被6个C原子包围，理论孔容为0.186m3·g- 1(孔隙率66%) 。低温下碳化物骨架碳孔径为0.5nm。600以上微孔的孔容变化较小，但中孔孔容从0.04 m3·g- 1到0.46m3·g- 1变化较大。TiC可在200-1200与氯气反应制备碳化物骨架碳18，在整个温度范围都能得到高度规则结构。高温有助于形成石墨带。XRD测试结果显示，TiC2碳化物骨架碳中CC之间多为sp2。较低温度下制备的碳化物骨架碳孔径小且分布窄；800以上孔径变大；600

30、 800制备的碳化物骨架碳可用于储存多种气体。SiC质地极硬，在较高的温度下可与Cl2 反应。也可用F2 、Cl2 、Br2 、I2 、HF、CCl4 、CHCl3 等作为刻蚀剂，所得的碳化物骨架碳机械性能有差异。在SiC表面形成一层碳化物骨架碳薄膜可以改善SiC的耐磨损性能。B4C粉末密度为2.53g·cm- 3，纯度为9.14 %。以B4C为前驱体，反应温度为6001200得到的碳化物骨架碳具有较多的中孔结构。随着反应温度增加，孔径变大：在低温下孔径为1nm，含有部分2.5nm的中孔；600时含有大量的微孔而使总孔容增加；1000以上孔径进一步增加，孔径分布变宽。比表面积在800

31、时最大，为1800m2·g- 1。9.3 碳化物骨架碳的性质 不同的碳化物和制备温度使碳化物骨架碳的结构多样化。在较低的温度下多生成无定形碳，随着温度升高碳化物骨架碳趋向形成规则的石墨结构。碳化物骨架碳以多种碳化物为前驱体，用氯气等多种刻蚀剂将非碳原子层层移除，剩下的碳骨架还保留原来前驱体的结构，生成的纳米孔的大小、形状各异。将碳化物骨架碳进行水蒸气或其它方法活化，孔隙率增加。碳化物骨架碳可以从原子水平调控碳材料的显微结构，具有较大的比表面积。碳化物骨架碳孔径与比表面积通常具有相同的变化趋势。在较低的合成温度下，全部生成由微孔组成的无定形碳。前驱体的结构决定了碳化物骨架碳的多孔结构。

32、随着反应温度的增加，部分原子获得足够的能量发生移动以达到更稳定的状态。低温下趋向于形成亚稳态的无定形碳化物骨架碳和富勒烯结构，增加反应温度使亚稳态逐渐向稳定的石墨结构转移，同时比表面积、孔径变大。10 聚丙烯腈基活性炭纤维对罗丹明B 吸附性能研究染料因成本低性质稳定品种多等优点广泛应用于纺织造纸制药和食品等工业，而在这些工业生产过程中大量的染料随废水排入环境。染料能降低水体透光量，从而会影响生物的光合作用，大部分染料还具有复杂的芳环结构而难以降解，其中某些染料具有强烈的致癌、致畸、致突变效应19。目前，染料废水的处理方法主要有光催化氧化法20-21、溶剂萃取法22、传统生物法23-24、膜分离

33、技术25、电化学法26和吸附法26-28等。其中吸附法因具有效率高成本低易操作等优点，而被认为优于其他处理技术。活性炭纤维（ACFs）是一种高效活性吸附材料，其具有比表面积大微孔结构发达孔径小且分布窄吸附量大吸脱附速度快再生容易29等特点，引起了人们广泛的关注。聚丙烯腈基活性炭纤维在中性条件下，罗丹明B 的去除率最低，PH=2.0时达到最大；温度为55时，ACFs的吸附效果最好；罗丹明B 的去除率随着罗丹明B初始浓度增大而减小。活性炭纤维（ACFs）是一种高效活性吸附材料，其具有比表面积大微孔结构发达孔径小且分布窄吸附量大吸脱附速度快再生容易等特点。我们认为ACFs对罗丹明B的吸附机理主要有三

34、个：（1）阴阳离子静电吸引力；（2）酸碱中和作用；（3）微孔吸附作用。逐渐减小当ph 为2的时候，罗丹明B 的去除率达到95.54，随着ph的增加，去除率在，当ph 为7 时，去除率降到70.2，之后随着ph 值的增加去除率又有所增加。 主要是由于在酸性环境下，ACFs的表面带有很多酸性基团，易于与碱性染料结合，酸碱中和作用力大于静电吸引力，从而罗丹明B 易于被吸附；在中性条件下，酸碱中和吸附作用和静电吸引力都较弱，吸附主要靠ACFs 表面的微孔作用，所以去除率较低；而在碱性环境下，ACFs表面的羟基会明显增多，使其表面呈现负电荷，罗丹明 B带正电，这时静电吸引力吸附作用占主导地位，吸附率又有

35、所增加。罗丹明B的去除率随着罗丹明B 初始浓度的增加而减小，当初始浓度为2mg/L 时，脱除效率达到100，然后随着初始浓度的增加，脱除效率有所降低，当初始浓度增加到20mg/L 时，脱除效率达到 75.66。主要是由于随着初始罗丹明B 浓度逐渐增加，吸附活性开始减小，而且ACFs表面由于吸附更多的阳离子，其表面的负电荷逐渐降低，对罗丹明 的吸附能力减弱，虽然会继续吸附罗丹明 B，但是吸附效率会降低。11 中空活性炭对氮气的吸附气体在固体表面上的物理吸附一直是化工生产、环保事业和接触催化动力学研究的重要课题。1938年Brunauer、Emmett 和Teller三人提出了多分子层吸附理论BE

36、T吸附等温式,基本上可以描述、三种类型的等温吸附规律, 至今仍被学术界普遍接受和采用。但是，BET多分子层吸附理论没有考虑到固体表面的不均匀性，当气体相对压强较小时，固体表面的不均匀性对吸附的影响相当突出，而当相对压强较大时，毛细孔凝聚作用又变得显著起来，从而严重偏离了多层物理吸附规律，这就导致了在相对压强较小与较大的吸附条件下，BET吸附理论无法描述、两种类型吸附等温线。考虑固体表面的不均匀性和被吸附气体分子之间相互作用对吸附的影响是近代吸附理论要解决的重要课题。近年来陆续有关于分子之间相互作用对吸附的影响的研究论文报道30-34。11.1 多孔性固体的毛细孔凝聚作用绝大多数吸附剂是多孔性的

37、，除部分微孔吸附剂(r<2nm)，因其孔径与被吸附分子的大小相当而不发生毛细孔凝聚作用外，在中等的相对压强附近都会发生毛细孔凝聚现象，在饱和蒸气压附近时，吸附等温线渐趋水平，表现出第和第两种吸附等温线类型。随着孔径分布的不同，发生毛细孔凝聚作用的相对压强不一样，这是因为弯曲液面下液体饱和蒸汽压与弯曲液面的曲率半径有关35,36。毛细孔半径愈小，能发生凝聚的蒸汽压也就愈低。在平衡压强较低的情况下，固体表面上已经吸附了一层或一层以上的吸附质分子，毛细孔表面基本上已被吸附质分子铺满。当平衡压强大于时，在相应的毛细孔弯曲面上就产生被吸附气体的凝聚。所以，当吸附剂含有一系列各种不同大小孔径的毛细孔

38、时，则随着体系平衡压强的增加，吸附剂上的毛细孔将由小到大逐步被凝聚液填满，吸附量就随之急速增加，表现为吸附等温线迅速上升。11.2 中孔活性炭的等温吸附中孔活性炭含有大量的、各种大小不同的毛细孔，其孔径分布在2-100nm之间，它们既是吸附质分子进入的通道，也是吸附质分子发生凝聚的场所，中孔活性炭对气体的吸附具有第和第类吸附的特征。随着相对压强的增大，气体在活性炭表面由小孔到大孔逐步进行凝聚，其吸附量也迅速地增加。参考文献: 1 杨全红, 郑经堂, 王茂章. 微孔炭的纳米结构和微表面结构. 科学学报, 1990, 6(3): 16-19.2 Kruk M, Jaroniec M, Ryoo R

39、. Characterization of ordered mesoporous carbons synthesized using MCM-48 silicas as templates. Phys Chem B., 2000, 2(104): 7960-7968.3 Lee J, Yoon B, Yeon T. Synthesis of a mesoporous carbon and its application to electrochemical double-layer capacitors. Chem Commun., 1999, 5(107): 2177-2178.4 Ryoo

40、 R, Joo S H, Jun S. Synthesis of highly ordered carbon molecular sieves via template-mediated structural transformation. Phys Chem B., 1999, 3(103): 7743-7746.5 Kaneda M, Tsubakiyama T, Caflsson A. Structural study of mesoporous MCM-48 and carbon network synthesized in the spaces of MCM-48 by electr

41、on crystallography. Phys Chem B., 2002, 6(106): 1256-1266.6 Joo S H, Choi S J, 0h J. Ordered nanoporous arrays of carbon supporting high dispersions of platinum nanoparticles. Nature, 2001, 5(412): 169-172.7 Zhang W H, Liang C H, Sun H J. Synthesis of ordered mesoporous carbons composed of nanotubes

42、 via catalytic chemical vapor deposition. Adv Mater, 20l2, 14: 1776-1778.8 Raley C F J, Asher D R. Process for preparing macroporous open-cell carbon foam from normallycrystalline vinylidene. chloride polymer. US, 3960770, 1976-06-01.9 Ryong R, Sang H J, Michal K. Ordered Mesoporous Carbons. Advance

43、d Materials, 2001, 13(9): 677-681.10 Kyotani T, Ma Z X, Tomita A. Template synthesis of novel porous carbons using various types of zeolites. Carbon, 2003, 2(41): 1451-1459.11 木土春. 我国微米级无机多孔非金属矿及其应用. 高校地质学报, 2000, 6(2): 340- 344.12 Mohun W A. Proc. The research of carburet framework carbon. Science

44、and Technology, 2005, 10(6): 699-703.13 Nikitin A, Gogotsi Y. The making of carburet framework carbon. Enc-yclopedia of Nanoscience and Nanotechnology, 2004, 7(3): 553-574.14 Yushin G N, Hoffman E N, Nikitin A. The research of carburet framework carbon. Carbon, 2005, (43): 2075-2082.15 Hoffman E N,

45、Yushin G N, Barsoum M W. The making of carburet framework carbon. Chem Mater, 2005, (17): 2317-2322.16 Dimovski S, Nikitin A, Ye H H. The carburet framework carbon. Journal of Materials Chemistry , 2004, (14): 238 -243.17 Dash R K, Yushin G, Gogotsi Y. Microporous and Mesoporous Materials, 2005, (86

46、): 50 -57.18 Dash R, Chmiola J, Yushin G. The chlorine gas makes carburet framework carbon. Carbon, 2006, 44(12): 2489-2497.19 李家珍. 染料染色工业废水处理. 北京: 化学工业出版社, 2001: 55.20 苏莹莹, 于艳卿, 杨沛珊. 纳米TiO2/硅藻土光催化降解蒽醌染料废水的研究. 中国环境科学, 2009, 29(11): 1171-1176.21 Oh W C, Zhang F J, Chen M L. Characterization and relat

47、ive photon-ic efficiencies of a new Fe-ACF/TiO2 composite photocatelysts designed for organic dye decomposite. Journal of Industrial and Engineering Chemistry, 2009, 15(2): 190-195.22 Pandit P, Basu S. Removal of ionic dyes from water by solvent extraction using reversed micelles. Environ. Sci. Tech

48、nol., 2004, 38: 2435-2442.23 周觅, 柳广飞, 周集体. 醌还原酶-醌类化合物对偶氮染料脱色的作用. 环境科学, 2009, 30(6): 1810-1817.24 Li Tie, Guthrie James Thomas. Colour removal from aqu solution of metal-complex azo dyes using bacterial cell of shewanella strain. Bioresource Technology, 2010, 10(12): 4291-4295.25 Daas A, Hamdaoui O.

49、Extraction of anionic dye from aqueous solution by emulsion liquid membrance. Journal of Hazardous Materials, 2010, 178(1-3): 973-981.26 杨蕴哲. 活性黑KN2B染料模拟废水电化学脱色.环境工程学报, 2009, 3(9): 1607-1610.27 郝艳玲, 王远, 董良宇. 坡缕石粘土对有机染料的吸附热力学研究. 岩石矿物学杂志, 2009, 28(6): 661-664.28 王彬, 龚继来, 杨春平. 磁性多壁碳纳米管吸附去除水中罗丹明B的研究.中国环境科学, 2008, 28