多孔聚合物活性炭纳米复合材料的制备及性能研究

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1、江苏大学硕士学位论文摘要活性炭作为一种典型的多孔材料，具有比表面积高、孔结构发达、耐高温、耐腐蚀、导电、传热、抗酸耐碱、化学稳定性好和生物相容性好等一系列优点。活性炭在吸附方面的应用已经成为研究的热点之一，它可用于气相和液相的吸附分离过程，用作防毒面具、分离精制气体、回收有机溶剂、去除重金属离子和净化污水源等。目前，关于活性炭的吸附研究主要停留在利用活性炭的多孔特性，以物理吸附为主，但活性炭的吸附特性不仅取决于其孔结构，与表面化学性质也有很大关系，因此，研究者对活性炭表面进行化学改性使其吸附性能增强。本文中研究了将具有特殊基团的功能性聚合物引入到活性炭孔内，制备出多孔聚合物．活性炭纳米复合

2、材料，这种材料既可以发挥活性炭的孔结构优势，还能利用聚合物链段的特殊基团对废水中有机污染物进行吸附。多孔聚合物．无机纳米复合材料不仅能将无机材料的光、电、磁等性能与聚合物的力学性能、功能性相结合，更重要的是纳米孔的存在为材料的实际应用提供了通道，比如质子的传送、溶液的运输、气体的扩散、各种生物反应的快速进行等，使这种材料在电学、光学、生物、医药和环保等领域具有广阔的应用前景。本文首先采用资源丰富，价格低廉的稻壳作为原料，用NaOH作为活化剂的化学活化法制备活性炭，讨论了浸渍比、活化方式、活化温度和活化时间对活性炭碘吸附值和产率的影响，并对稻壳在450℃氮气保护下炭化4h，浸渍比为3．0，在

3、400℃下预处理30min，再升温到800℃，进行高温活化2h，洗净烘干，制备出的活性炭进行表征，发现其氮气吸附／脱附等温线为Ⅳ型，比表面为1200m2．g～，平均孔径为3．7rim，孔容积为0．67cm3．g～。其次，探索了将聚合物合成到活性炭孔内的方法，用冷冻充气法成功地将丙烯酸直接原位聚合在活性炭孔内。发现丙烯酸与活性炭的质量比、聚合温度和聚合时间都会对多孔聚丙烯酸．活性炭纳米复合材料的性能产生影响，当聚合反应温度为80℃，聚合反应时间达到22h，聚丙烯酸含量约为20％时，比表面积下降为349m2．g～，平均孔径下降为2．7rim，孔容积下降为0．34cm3．g～，其红外谱图显出具有

4、活性炭C．C键产生的峰和PAA特征键的偏移峰。并用所制备的复合材料对苯胺和硝基苯进行吸附，发现其对苯胺和硝基苯的吸附以化学吸附为主，聚合物含量越高，吸附容量越大；吸附容量随着时间的延长而增加，直至20h后趋于平衡；吸附剂用量越增加，吸附容量越大，而且吸附过I江苏大学硕士学位论文程更加适用Langmuir吸附等温方程和准二级动力学方程。最后，用搅拌法以溶液聚合法将丙烯酰胺聚合在活性炭孔内，当聚合反应的温度为90。C，反应时间达到24h，制备的出多孔聚丙烯酰胺．活性炭纳米复合材料的比表面积为611m2．g～，平均孔径为2．6nm，孔容积为0．42cm3．g"1。并用所制备的复合材料对苯酚、4．

5、氯苯酚、五氯苯酚钠进行吸附，发现其对酚类化合物以化学吸附为主，吸附容量随着时间的延长而增加，直至20h后趋于平衡；吸附剂用量越增加，吸附容量越大，而且吸附过程更加适用Langmuir吸附等温方程和准二级动力学方程。关键词：多孔材料；活性炭；功能聚合物；复合材料；化学吸附Ⅱ江苏大学硕士学位论文ABSTRACTActivatedcarbonmaterialsisakindoftypicporousnanocompositematerialswhichhavemanyexcellentpropertiessuchashighsurfaceareaandporevolume，amoreuIlif：

6、ormdistributionoftheholediameter,hightemperatureandcorrosionresistance，highelectricalconductivity,goodchemicalresistantandbiocompatibilitystability．Ithasbeenusedingasandliquidadsorptionseparationprocess，whichhasbecomeoneoftheresearchhotspots．Nowactivatedcarbonisusuallyusedforgasmasks，gasseparation

7、refining，organicrecycle，inorganicionsandheavymetalsremove，sewagepurificationandSOon．Atpresent，weresearchonactivatedcarbonadsorptionprimarilyrelyingonitsporositywhichismainlyinphysisorption．Activatedcarbonadsorpti