导　　师： 陈水挟

学科专业： G0305

授予学位： 博士

作　　者： ;

机构地区： 中山大学

摘　　要： 活性碳材料具有丰富的孔隙结构和优良的化学稳定性，是一种性能非常优越的吸附剂，更是一种应用前景巨大的催化剂载体。为了解决传统的颗粒活性碳吸附性能低以及活性碳纤维制备成本昂贵的问题，本文提出一种制备多孔炭纤维的新方法，开发了制备嵌载金属氧化物纳米粒子的多孔炭纤维的新工艺。通过选择适当的高聚物作为碳前驱体，与金属有机化合物混合，并将混合物涂布在玻璃纤维上，在低温下加热碳化活化，制备了一系列嵌载不同微观结构的氧化锌、氧化镁或氧化钛纳米粒子的多孔炭纤维；利用红外光谱、xrd、拉曼光谱、电镜分析以及低温氮气吸附等手段，表征了该类材料的结构，评价了该类材料对亚甲基蓝等的液相吸附性能，研究了该类材料对甲基橙、刚果红等染料的光催化降解性能，以及对硫醇的催化降解性能，得出以下主要结论： (1)以酚醛树脂为碳源，并利用上述工艺在400℃下制备所得的多孔炭纤维的总的比表面积为1150㎡/g，碳层的比表面积为2023㎡/g，杨氏模量为330mpa，磨损率为2.8％。该多孔材料对亚甲基蓝的吸附容量和吸附速率接近于同级别的acf。在前驱体中添加糠醛，有利于前驱体的交联，从而提高了酚醛基多孔炭纤维的比表面积和机械强度。 (2)以pva为碳源，采用上述工艺制备前驱体，在350℃下利用空气—zncl2协同活化，制备表面富含含氧官能团的pva基多孔炭纤维。该材料总的比表面积为483㎡/g，微孔的比例可控制在70％以上，对亚甲基蓝具有较高的吸附容量和吸附速率。 (3)在上述pva为碳源的前驱体中混入过量氯化锌，在450℃热解可制得嵌载zno纳米粒子的多孔炭纤维。该材料的比表面积为380-680㎡/g，嵌载在多孔炭纤维上的纳米zno的尺寸在30 nm—3μm之间。控制热处理时间为30-180min之间获得可分别获得层片状的碱式氯化锌微粒(zhc)、以及端部为锥状的zno纳米六方柱、铁钉状的zno纳米棒阵列和zno微米管等。zno纳米结构的生长过程首先是zncl2水解为层片状zhc，后者进一步分解为椭球状颗粒，然后进一步演化而成纳米六方柱。 (4)在上述pva为碳源的前驱体中混入镁的有机盐，在450℃的温度下经碳化活化，可制得嵌载zno—mgo的多孔炭纤维。该材料的比表面积在140-260㎡/g之间。嵌载在多孔炭纤维上定向排列的zno—mgo具有核壳结构，核体为六方柱zno，壳层由mgo层片状晶体堆叠组成；其长度约10μm，宽约2μm。这种材料对油品中1-丁基硫醇的催化降解性能明显优于负载mgo的多孔炭材料。 (5)在上述pva为碳源的前驱体中混入tio2-p25纳米粒子，并在450℃温度下碳化活化，可制得嵌载纳米二氧化钛的多孔炭纤维。该材料的比表面积约为590㎡/g，中孔含量为70％，对甲基橙、刚果红等有机染料具有较好的吸附能力和光催化降解能力。该材料5小时内对甲基橙、刚果红的光催化降解容量分别为420 mg/gtio2和320 mg/gtio2。经过5次的再生循环使用后，该类材料仍保持较高的的光催化效率。

关 键 词： 活性碳 纳米粒子 嵌载金属氧化物 多孔炭纤维

分 类 号： [TQ536.2]

领　　域： [化学工程]