水处理用多孔炭材料的制备及电吸附性能研究.pdf

北京化工大学

硕士学位论文

水处理用多孔炭材料的制备及电吸附性能研究

姓名：庞自钊

申请学位级别：硕士

专业：材料科学与工程

指导教师：孟庆函

20100603
水处理用多孔炭材料的制备及电吸附性能研究摘要电吸附技术(EST)是近几年来发展起来的一种水处理技术，具有能耗低、无二次污染和电极可再生等优点。其原理是向电极施加电压，在电极表面形成双电层来吸附离子，因此电极材料是电吸附研究的重点。多孔炭材料具有大的比表面积、高的电导率、化学性质稳定等特点非常适合作为电吸附的电极材料。本论文通过对活性炭二次活化、使用高比表面积活性炭、用葡萄糖改性RF炭气凝胶、用不同原料和工艺制备不同比表面积和孔径分布的炭气凝胶等手段，研究了电极的比表面积和孔结构对电吸附性能的影响。具体分为以下三个部分。l、用硝酸对活性炭进行去灰分处理，并用水蒸气进行二次活化，将活性炭制成电极，在电吸附装置中进行电吸附测试。实验表明，二次活化可以提高活性炭的比表面积和孔容，使得比表面积从961．4m2／g提高到m2／g，并使活性炭的单位吸附量从2．92mg／g提高到4．55mg／g。活化效果受活化时间和活化温度共同影响，结合炭的收率，在850℃下活化1h的效果最好，单位吸附量也最高。并采用比表面积大于2000m2儋的高比表面积活性炭作为电极材料测试了电吸附性能，比表面积越大电吸附性能越好，比表面积为3367m2／g的活性炭电吸附性能最高，达到9．11mg／g，表明比表面积是决定活性炭电极电吸附性能的最重要因素。2、采用葡萄糖作为致孔剂对间苯二酚．甲醛体系炭气凝胶进行改性，有机凝胶经过丙酮置换、超临界干燥和1000℃高温裂解制成炭气凝胶。1227．4
m2／g上升到684．3对炭气凝胶用SEM和BET进行孔结构表征，结果表明经葡萄糖改性的炭气凝胶比表面积从403．6m2／g，孔结构也发生了变化，平均孔径从20．50nlTI下降到10．41nnl．。对炭气凝胶进行充放电测试和电吸附测试，改性炭气凝胶比电容从70．2F／g上升到1F／g，但单位吸附量反而从18．5mg／g下降到16．0mg／g。这表明对于以中孔结构为主的炭气凝胶，孔径大小也是决定电吸附性能的重要因素。3、制备苯酚．间苯二酚．甲醛体系和间甲酚．间苯二酚．甲醛体系的炭气凝胶，制成电极进行电吸附测试，结果表明比表面积和孔径共同决定炭气凝胶的电吸附性能，而通过固含量可以控制炭气凝胶的比表面积，固含量越高，比表面积和孔径越大。固含量为40wt％的间甲酚．间苯二酚．甲醛体系的炭气凝胶具有最大的比表面积(580．9m2／g)和平均孔径(7．37nm)，单位吸附量也最高，达到15．4mg／g。并研究了电压和浓度等因素对电吸附的影响，结果表明电压单位吸附量越大，但由于电解的影响，最佳电压为1．5V；浓度越高电极的单位吸附量越大。关键词：电吸附，活性炭，活化，炭气凝胶，制备15．2北京化工大学硕士学位论文II
M渔TEAlUALSPREPARATIoNOFPORoUSCARBONANDTHEIRR，rIESELECTRoSORPTIONABSTRACTPROPEoFElectrosorptionismethodtreatmentinwhichhaslowelectrodeprinciple．Somaterialsareimportantsuitablebecausehighstability．Incarbonusedelectrosorption，andrelationshipbeenstudied．Themainexperimentalas1．Deashingactivenitricacid．Thenmodifiedbyandfabricatedelectrodesperformancetestedelectrosorptionsystem．Theshowedspecificvolumeenhancedsecondaryactivation，andtheadsorptionincreasefrom2．92mg／gnewofwateryearsadvantagessuchcost，regenerationpollution．Formeddoublelayersurfaceitselectrosorption．Porousforitconductivitythispaper,activatedaerogelswerebetweenporeconclusionsfollows：withvaporintoelectrosorption．Thewasresultsthatpolerecentattostructureanoarea，areaIII
formaldehyde．Thedeterminedadsorpti