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江苏大学

硕士学位论文

膨胀石墨-活性炭成型复合材料的制备及其苯酚吸附性能的研究

姓名：程相乐

申请学位级别：硕士

专业：材料学

指导教师：陈志刚

20090606
摘要活化后形成的无定形炭组成；在复合材料中，大部分清|生炭铺展在膨胀石墨蠕虫表面或以蛋壳状沉积在缠绕空问中，只有少量活性炭以炭含酚废水是工业有机废水中最有代表性的一类，具有极强的生物毒性，是工业应用中需要重点解决的有害废水之一。作为吸附法处理含酚废水中的主要材料，活性炭吸附性能好、吸附容量大，对高、低浓度含酚废水都有着较好的去除效果。但是目前广泛使用的粉末和粒状活性炭，存在粉尘污染大、传质推动力小、压降大、浓度梯度大、机械强度低等缺点；另外每次循环使用过程中由于颗粒问摩擦作用造成的损耗高达5％．10％，导致活性炭重复利用效率不高。因此制备具有高机械强度、形状可控的成型活性炭的研究逐渐成为目前的热点。本文利用膨胀石墨独特的微米级孔隙结构，将蔗糖以溶液的方式引入压缩膨胀石墨块，通过不同活化方法制备具有发达孔隙结构的膨胀石墨．活性炭成型复合材料，考察了活化剂种类以及活化温度、活化时间和浸渍比对所得材料微孔结构的影响。结果表明：不同活化剂活化所得材料的最大比表面积有很大差异：C02和KOH活化所得材料最大比表面积只有1098m2／g和937mE／g，而磷酸活化法可以成功制得最大比表面积达1978m2／g的高比表面积复合材料。对材料进行整体结构分析表明，复合材料是由膨胀石墨基体的石墨炭和蔗糖炭化、膜形式进入了膨胀石墨的二级孔内；材料中活性炭的引入使得膨胀石墨基体内部的开放孔数量有所减少，但仍部分保留了膨胀石墨的微米江苏大学硕士学位论丈
度已达我国工业含酚废水排放I级标准(GB8978．1996)，具有良好的级孔隙结构，使得复合材料不仅具有了吸附能力极强的微孔结构，还具有了传统活性炭所不具备的微米级大孔传质通道。使用静态吸附法和FT-IR分别研究不同活化方法所得复合材料的吸附性能和表面化学性质，结果表明：材料的吸附能力不仅取决于其微孔结构性能，还与其表面化学性质有很大关系。虽然H3P04活化法所得材料的比表面积最大，但其苯酚吸附能力最大只有168mg／g，而C02和KOH活化法所得材料的吸附能力最大可达299．6mg／g和272mg／g。这是由于磷酸活化复合材料表面存在的大量含氧酸性官能团(P=OOH、P=O、P．O．C等)，增加了其表面亲水性，削弱了对弱极性疏水分子苯酚的吸附能力。通过高温处理的方法对磷酸活化复合材料进行处理后，材料表面酸性含氧官能团大量分解，表面疏水性增强，其吸附容量从168mg／g上升到310mg／g。使用改性后的复合材料对含酚废水进行吸附床动态模拟实验，结果显示，复合材料特有的微米级大孔、微孔相结合的结构，不仅减少了水流在吸附柱中的流通阻力，还增大了活性炭的铺展面积，提高了其利用效率。在动态吸附实验中，颗粒活性炭的动态吸附容量仅为66．7mg／g，而复合材料的吸附容量可达178．4mg／g，且其溶液出El浓工业应用前景。关键字：成型活性炭，膨胀石墨．活性炭复合材料，孔结构，表面化学性质，静态吸附，动态吸附江苏大学硕士学位论文Ⅱ
me姗rycarbons．Andc抽onWOrm．1ikeporouscarbon(EG-ACs)wasporosirnetry．Itcompositecarbons(Aogranularstlldy，aandagent(C02，KOHH3P04)，usingcomposedgraphiteinfluencestructure，andXRD，SEMcarbons·TheABSTRACTwhichdifficultindustry．Andactivatedhavesorptionperformancephenolicwastewatertreatment·However,highpressuredrop，lowmassmechanicalpropertypowercarbonmainhindranceACapplication．Itpracticalmeaningfulmaterialperformance．AtmonolithCOmposedbvtheimpregnation，solidification，carbonizationmeasurementpreparationmicroporebyhighestsudIacearea。ould1978m2／g，whileareasmaterialsC021098m2／g937mE／gThestructurecharacterizedofamorphouscoveredpyrolyticcarbons，whilelargeamongworm-likepartic