氧化铝―多孔碳对甲基橙吸附行为研究

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1、氧化铝―多孔碳对甲基橙吸附行为研究　　摘要：以蔗糖为碳源，分别加入了不同量硫酸铝，以水为溶剂配成溶液，在此基础上加入了尿素，两组实验进行了对比，在四氟乙烯高压釜中反应，制得氧化铝?―多孔碳。研究了不同成分的多孔碳对甲基橙吸附能力、吸附量、吸附平衡的时间。实验表明：加入尿素提高了硫酸铝的活性，吸附效果比较好，随加入硫酸铝的量的增加，吸附率增大，达到吸附平衡的时间越快，加入硫酸铝超过一定的范围，吸附能力就变化很小。通过对这些参数的探索，氧化铝―多孔碳对甲基橙的吸附率可达90%以上，溶液中甲基橙能有效得到除去。　　

2、关键字：多孔碳甲基橙吸附　　引言　　经济的快速发展，地球生态环境受到破坏，水资源污染尤为突出。现在治理水污染的方法：双氧水氧化法、光催化氧化法、生物降解法、固体吸附法等，双氧水氧化能降低废水的色度、工艺简单、无二次污染物，但吸附率有限；光催化氧化法设备复杂、成本高，不能广泛应用，生物降解法能使有色废水脱色但不完全。相比而言，固体吸附法是一种高效实用的方法，在常用吸附剂中，多孔碳具有较大表面积和较高的吸附性能，是处理工业废水的首选吸附剂【1】。　　多孔碳材料是指具有一定孔隙结构碳素材料，包括多孔碳、碳分子筛等，

3、其孔大小从具有相当于分子大小的纳米级超细微孔直到适于微生物增殖及活动的微米级细孔多孔碳材料。如传统活性碳（普通活性碳）、超级活性碳（高比表面积活性碳）、多孔碳微球、多孔碳纤维、碳分子筛等不同形态、不同性能的碳材料都属于多孔碳的范畴。不同的材料或同种材料中还具有不同形状的孔，主要有以下几种：筒形孔、裂隙孔、锥形孔、球形孔和裂缝[2-4]。按照国际纯理论与应用化学联合会（IUPAC1972）的划分，根据孔径的大小可将多孔碳材料分为三类：微孔（w50nm）。但实际上这样的划分带有相当的主观性和武断性，因为吸附过程或

4、填充过程不仅依赖于孔隙形态，而且受吸附质性能以及吸附质-吸附剂间相互作用的影响。　　多孔碳材料的制备分为非模板法和模板法[10]。　　非模板法是传统合成多孔碳材料的方法。常见的有活化法、混合聚合物碳化法、有机凝胶碳化法等。　　活化法被应用于多孔碳材料的制备过程中。物理活化法的活化剂为氧化性气体，如水蒸气、C02空气等，活化剂在高温下可以使残留在碳源中的焦油和其它含碳化合物氧化分解，清除表面杂质的同时，使原来被堵塞的孔道重新开放。另外，活化剂也能使碳基体表面的部分碳原子气化，形成新的孔隙，从而增加样品的比表面积

5、和孔容，提高活性碳的吸附能力。Figudredo[12]、Gergova[13]和Chang[14]等人研究发现，无论用CO2还是用水蒸汽活化，低温高压都有利于碳材料中介孔的形成，而在高温低压下，则有利于在碳材料中造出大量的微孔。　　化学活化法是原料先经过预先粉碎或分类后，与化学活化剂机械混合，然后混合均匀的物料置于惰性气氛中升温，碳化的同时进行活化。化学活化法根据所使用的活化剂不同分为ZnClz活化法、H3PO4活化法、KOH活化法和其它化学品活化法。关于化学活化剂在活化过程中的作用机理主要存在两种观点，一

6、种观点认为活化剂作为反应物与原料发生化学反应而达到活化的目的；二种观点认为化学活化剂在活化过程中起到催化作用。　　催化活化法是在碳基体获得介孔的有效途径。它是在原材料中混合金属化合物作为活性点，活化时，金属原子选择性气化其周围结晶性较高的碳原子，气化产物向材料表面逃逸形成新的孔道从而制备出具有介孔结构的碳材料。1999年，Liu[17]等以环戊二稀基铁为活性组分，以浙青为碳源，通过乳化法制得含铁浙青球，活化后得到的活性炭具有10mn-80mn的介孔和大孔。且孔径大小和介孔孔容可由环戊二烯基铁的加入量实现有效控

7、制。Tomita等[18]于1985年报道了使用Ni作为活性组分催化烟煤和褐煤部分气化，制得了平均孔径<10nm的屮孔碳材料。Zhao[19]等以离子交换树脂D001为碳源经活化制备了富含中孔的活性炭材料。树脂中存在的Mg2+、Mn2+和Fe2+对于中孔的形成具有十分重要的作用。　　混合聚合物碳化法，是两种或两种以上具有相分离结构的聚合物以物理或化学方法混合再碳化的方法。热处理时稳定聚合物发生固化，不稳定聚合物发生分解从而在稳定聚合物中留下孔洞，形成具有多孔结构的碳材料。相比活化法，这种方法更有利于对孔容积和

8、孔结构实现有效控制，因为不稳定聚合物加入量可以直接决定碳材料中孔容的大小，而通过改变两种聚合物的混合状态可以实现对孔隙大小和形状的有效调控。因此，在制备多孔碳材料方面，混合聚合物碳化法具有良好的应用前景[20]。　　有机凝胶碳化法是一种可以在纳米尺度实现对材料控制和剪裁的新材料制备方法，原料在液相条件下混合均匀，并发生水解、?合等化学反应形成溶胶体系，胶粒在溶胶陈化的过程中发生缓慢聚合，逐渐形成凝胶