介孔碳的合成及其处理有机废水的研究进展

1、ANYANG INSTITUTE OF TECHNOLOGY 文献检索 介孔碳的合成及其处理有机废水的研究进展院（部）名称： 化学与环境工程学院 专业班级： 14级 环境工程（专升本） 学生姓名： 王善想 学 号：指导教师姓名： 田大勇 指导教师职称： 副教授 年 月毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得安阳工学院及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本

2、研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名： 日 期： 指导教师签名： 日期： 使用授权说明本人完全了解安阳工学院关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名： 日 期： 孔碳的合成及其处理有机废水的研究进展*摘 要：本文阐述了合成介孔碳的方法，目前根据模板的不同主要分为硬模板法和软模板法，评述了每种

3、方法的优缺点，论述了介孔碳处理有机废水中苯酚和染料的应用现状并望了介孔碳作为有机废水处理剂的应用前景关键词：介孔碳；有机废水；水处理（Department of Food and Pharmaceutical Engineering, Suihua College, Suihua 152061, China）In this paper, the primary synthesis methods of mesoporous carbon were introduced, including hard template method and soft template method accord

4、ing to the different template. The advantages and disadvantages of each method were summarized. Moreover, it was discussed that mesoporous carbon remove phenolic and dye in organic wastewater. The paper expects application prospects of the mesoporous carbon as a future organic wastewatertreatment ag

5、ent.mesoprous carbon；organic wastewater；water treatment有机废水中含有毒性有机物以芳香族化合物和杂环化合物居多，以及有硫化物 氮化物重金属和有毒有机物，成分复杂 有机废水色度高，有异味，往往具有强酸或强碱性由于生物降解作用，高浓度有机废水会使水体缺氧甚至厌氧，多数水生物死亡，从而产生恶臭，恶化水质和环境 有机废水中含有大量有毒物质，会在水体土壤等自然环境中不断累积储存，最后进入人体，危害人体健康有机废水中含有毒性有机物以芳香族化合物和杂环化合物居多，以及有硫化物 氮化物重金属和有毒有机物，成分复杂 有机废水色度高，有异味，往往具有强酸或强碱

6、性由于生物降解作用，高浓度有机废水会使水体缺氧甚至厌氧，多数水生物死亡，从而产生恶臭，恶化水质和环境 有机废水中含有大量有毒物质，会在水体土壤等自然环境中不断累积储存，最后进入人体，危害人体健康化合物不能进入孔道中，这样就减弱了活性炭的吸附性能 3 相对活性炭而言，介孔碳比表面积较大，而且孔径大，材料的物理化学性质很稳定，因此，能取替活性炭作为有机污染废水处理剂 4 自从韩国人R. Ryoo首次制备介孔碳之后，介孔碳的合成方法不断更新，但根据所采用模板不同只分为两类：软模板法和硬模板法 5- 7 本文综述了介孔碳的合成及其在处理有机废水中苯酚和染料罗丹明B 甲基橙亚甲基蓝等废水的应用，阐述了介

7、孔碳纳米材料合成和处理有机废水的研究意义1介孔碳的合成方法1.1硬模板法硬模板法也可以称为纳米刻蚀法，指采用带有空隙的骨架模板，以恰当的方法把客体先驱物材料引入模板的空隙，且充满整个空隙，并发生化学反应，随后，利用适当的方法去除最初模板骨架，就制得了目标产物硬模板合成法是制备纳米材料与介孔材料较为经典的方法，它有许多优点：引入先驱物的方法特别多，如可以采用化学浸渍法引入先驱物电化学沉积法引入先驱物和化学气相沉积法引入先驱物等；制得的纳米粒子或介孔材料分散性较好，不易团聚；由于模板孔径大小可调，所以可以制备不同直径的一维纳米材料，该法所用模板主要是SiO2 刘龙等 8，9 最早利用介孔SiO2为

8、模板，蔗糖为碳源制得了一系列介孔碳材料硬模板法是介孔碳合成中使用最早最经典的方法，这种合成法需要先制备多孔模板材料，随后将先驱物引入到孔道内，以适当的方法处理先驱物和模板材料的复合物，最后利用NaClHF除去模板即制得了纳米材料或者介孔材料硬模板法制备介孔碳的一般过程 10 见图1：以嵌段聚合物为表面活性剂，正硅酸乙酯为硅源，制备介孔SiO2，利用适当方法将客体的前驱物填入到介孔SiO2模板的孔道内，填充满后形成有机物与SiO2的复合材料，再经过干燥惰性气氛高温处理后，采用氢氟酸（HF）除掉SiO2模板；最后得到了有序介孔碳复旦大学赵东元教授 11 利用三嵌段聚合物F127作为表面活性剂，以酚

9、醛树脂和正硅酸乙酯分别作为碳先驱物硅先驱物，合成了嵌段共聚物有机碳源以及硅的复合物后，经过加热聚合，高温碳化，去除SiO2模板后制得了有序介孔碳Sonia等 12 利用硬模板法合成了双孔隙的介孔碳材料，通过采用介孔SBA- 15为模板，通过化学气相沉积的方式把碳源沉积在SBA- 15模板内，利用惰性气氛高温碳化后，去除SBA- 15模板得到了介孔碳1.2软模板法软模板指的是有机大分子以及其多个单体的聚集体，一般有阳离子表面活性剂阴离子表面活性剂和非离子表面活性剂；软模板法是制备介孔二氧化硅常用的经典方法 它具有如下特点：软模板大多是双亲嵌段大分子形成的有序聚集体，软模板的形状具有多样性，软模板

10、一般都很容易构筑，不需要复杂的设备尽管软膜板不能总是严格的控制产物的尺寸和形状，但由于该模板法具有方法简单操作方便成本低廉等优点而引起了人们广泛的重视 表面活性剂构成介孔材料骨架的先驱物以及溶剂相共同组成软模板法的合成体系，这种方法要求表面活性剂和无机先驱体之间匹配，彼此之间存在适当的相互作用赵东元课题组 11 采用嵌段聚合物PO- EO- PO（P123/F127）为表面活性剂，酚醛树脂为碳源，以蒸发诱导自组装的路线合成了介孔碳；随后，利用PO53EO136PO53为表面活性剂，酚醛树脂为碳源，在碱性条件下，通过蒸发诱导自组装的路线合成了孔径为3.8nm的介孔碳材料，合成机理 13 见图22

11、介孔碳在有机废水处理中应用2.1含酚废水的处理酚类的毒性很强，能引起人体内蛋白质的变质和凝固若水中含酚10mgL- 1，鱼类等水生生物将不能生存，用含酚量高于100mgL- 1 的水灌溉农田，农作物将减产或枯死 郭卓等 14 研究了介孔碳CMK- 3对苯酚的吸附性能，当吸附剂介孔碳CMK- 3结构中存在大量介孔时，达到吸附平衡的时间较短吸附量也随温度的升高而增加，在40 时，CMK- 3表现出最大的吸附能力，吸附百分率达到70.18% 同时，研究也表明介孔碳的吸附效果好于活性炭2.2含染料废水的处理染料废水大多成分较复杂，染料的浓度大，颜色深，而且水质变化大，染料废水处理特别困难，染料已成为水

12、体中严重的污染物之一通过研究活性炭对染料分子的吸附性能，发现质量迁移速率与介孔材料的孔径大小有关，质量迁移速率与孔径的大小成正比，活性炭对有机染料大分子的吸附更体现了这一特点 由于活性炭的孔径小，而且孔径分布宽，因此影响了染料的去除效果介孔碳孔径较大孔径均一，克服了活性炭的不足 介孔碳对大分子染料的吸附量十倍于商品化活性炭介孔碳CMK- 3作为吸附剂在水溶液中对罗丹明B的吸附性能较好，随着初始浓度的增大pH值增加和温度升高，吸附量也增大，pH值较低时吸附量的增加值较小而pH值较高时吸附量的增加值较大万颖课题组15 研究了具有大表面积的有序介孔碳C- FDU- 15MP- SC- 46MP- C

13、- 46应用于废水中有机染料分子的吸附，考察了其对甲基橙亚甲基蓝等几种有机染料分子的吸附能力，并与活性炭进行了比较，结果活性炭对亚甲基蓝 甲基橙的吸附容量分别为244和97mg g- 1， 而 在 介 孔 碳 材 料C- FDU- 15MP- SC- 46MP- C- 46上，对亚甲基蓝甲基橙的吸附量均远远大于活性炭 同时，由于几种介孔碳的孔径不同，对染料分子的吸附效果也不同，增大孔径和比表面积有利于小分子染料吸附容量的提高，且对于较小分子的吸附，比表面积的作用占主导介孔碳吸附污染物后，一般传统采用过滤或沉降法使介孔碳从溶液中分离出来，这两种方法效果不理想，回收利用不好，不同程度限制了介孔碳材

14、料的应用 目前，人们通过将介孔碳与具有磁性的金属或金属化合物复合，吸附后通过外加磁场即可将介孔碳与溶液分离，克服介孔碳难从溶液中分离的问题，这进一步拓展了介孔碳的应用 16，17 结论在上述介孔碳合成方法中，硬模板法和软模板法是合成介孔碳的经典方法，为近年发展起来的新方法 这些方法所生产的介孔碳性质稳定，孔径均一，比表面积大，具有广阔的应用前景研究发现介孔碳对有机废水中的苯酚和染料有较好的吸附能力，吸附效果受介孔碳的比表面积和孔径影响，大比表面积和大孔径有利于吸附 介孔碳的吸附能力超过活性炭的吸附能力很多，而且介孔碳与磁性粒子复合后，其吸附分离性能更好，因而具有较大的研究和开发价值，将成为有开

15、发前途的水处理剂，此领域还有许多问题值得我们去研究和探讨致谢参 考 文 献1 李子龙,马双枫,王栋,等.活性炭吸附水中金属离子和有机物吸附模式和机理的研究J. 环境科学与管理, 2009, 10 （34）88- 93.2 郭卓, 朱广山, 辛明红, 等. 不同孔径的介孔碳分子筛对VB（12）的吸附性质研究J. 高等学校化学学报, 2006, 27（1）:9- 12.3Otowa T, Nojima Y, Miyazaki T, . Development of KOH activated high surface area carbonand its application to drinki

16、ng water purificationJ. Carbon, 1997, 35 （9）: 1315- 1319.4 李璐.介孔碳材料的合成及应用研究J.哈尔滨师范大学自然科学学报, 2009, 25 （2）: 90- 93.5Ryong Ryoo, Sang Hoon Joo, Shinae Jun, Synthesis of highly ordered carbon molecular sieves via template mediated structural transformationJ.Journalof PhysicalChemistryB,1999,103 （37）:774

17、3- 7746.6Xia Yongde, Yang Zhuxian, Mokaya Robert, Mesostructured hollow spheres of graphitic N- doped carbon nanocast from spherical mesoporous silicaJ. Journal of Physical Chemistry B, 2004, 108 （50）:19293- 19298.7Francoise Ehrburger- Dolle, Isabelle Morfin, Erik Geissler, Small- angle x- ray scatt

18、ering and electron microscopy investigation of silica and carbon replicas with ordered porosity J. Langmuir, 2003, 19 （10）:4303- 4308.8Kruk M, Jaroniec M, Ryoo R, . Characterization of ordered mesoporous carbons synthesized using MCM- 48 silicas as templatesJ.Journalof PhysicalChemistryB,2000,104 （3

19、3）:7960- 7968.9Joo S. H, Jun S, Ryoo R. Synthesis of ordered mesoporous carbon molecularsievesCMK- 1J.MicroporousMesoporousMaterials,2001,44 /45（1）: 153- 158.10Lu A.H, Sch th F. Nanocasting a versatile strategy for creating nanostructured porous materialsJ. Advanced Materials, 2006,18（14）: 1793- 180

20、5.11Zhang F.Q, Meng Y, Gu D, . A facile aqueous route to synthesize highly ordered mesoporous polymers and carbon frameworks with Ia3d bicontinuous cubic structureJ. Journal of the American Chemical Society, 2005, 127（39）: 13508- 13509.12Sonia Alvarez, Antonio B.F. Template synthesis of mesoporouscarbons with