基于大比表面积大孔氧化铝的吸附材料合成及其在染料吸附中的应用
近年来，随着我国的现代工业的高速发展以及经济实力的逐步提升，水体污染的情况越来越严重。这不仅仅对我们赖以生存的自然环境产生了很大的影响，而且还严重影响了我们人体的健康。因此，对水污染的治理十分迫切。吸附法是处理水污染的常用方法，碳材料和氧化铝均常用作吸附剂，其吸附效果与吸附剂的比表面积、孔体积和孔径有关。然而，目前商用的活性炭材料和氧化铝大多具有一定的比表面积，但孔径较小，这将阻碍吸附剂对大分子例如染料分子的吸附。因此，制备兼具大比表面积和大孔的吸附剂有重大意义。 薄水铝石焙烧可得氧化铝。以硫酸铝和偏铝酸钠为基础原料，在不引入其他有机模板剂的条件下，使用简单易得的设备，实现了不同形貌薄水铝石的可控制备，系统探讨了制备条件对薄水铝石的形貌、比表面积、孔体积和孔径等之间的关系。研究结果表明，薄水铝石的形貌、比表面积、孔体积和孔径等受酸性铝源浓度、晶化温度、成胶终点pH值和晶化时间等条件的影响。制备的薄片状薄水铝石的比表面积为702.4m2·g-1，孔体积是3.17cm3·g-1，最可几孔径是27.2nm。 将制备的具有不同比表面积和孔道结构的氧化铝与商业氧化铝用于几种染料的吸附脱除。对比结果表明，比表面积大的吸附剂，其平衡吸附量高，对刚果红染料的平衡吸附量最高可达4213.5mg·g-1。孔径大的吸附剂，其吸附速率快。 为了能够吸附脱除污水中的阳离子染料，使用了磷酸氢二钠引入磷酸根，对氧化铝吸附剂进行改性。再采用原位生长酚醛树脂并高温碳化的方法，使磷改性氧化铝材料表面覆盖一层碳膜，改变氧化铝吸附剂的表面带电性质，使其能够吸附脱除污水中的阳离子染料。研究结果表明，磷改性不但改善了氧化铝的热稳定性，经800℃焙烧，氧化铝形貌基本不发生改变，而且提高了氧化铝的比表面积、孔体积和最可几孔径。当掺磷量为P/Al=7%时，制得碳包覆磷改性氧化铝CAP-7的比表面积为437.9m2?g-1，孔体积是3.00cm3?g-1。 基于制备的碳包覆氧化铝材料，制备了介孔碳材料CCAP，制备的介孔碳材料具有1093.1m2·g-1的比表面积，2.58cm3·g-1的孔体积和20.4nm的最可几孔径，介孔率高达99.87%。将制备的介孔碳材料应用于吸附阳离子染料罗丹明B时，吸附量达到374.3mg·g-1，远超比表面积相近的商业活性碳的平衡吸附量211.0mg·g-1，吸附在5分钟内可以达到其平衡吸附量的85.3%，半小时内可以达到其平衡吸附量的91.8%。制备的介孔碳材料同时具有大吸附量和高吸附速率的特点。
氧化铝;碳材料;比表面积;孔径;热稳定性
北京化工大学
博士
化学
宋家庆
2022
中文
TQ427.26
2022-11-02（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）