活性炭和MXene材料的制备及其染料吸附性能研究
染料废水引起的污染事件屡见不鲜，对生态环境和人类健康造成严重威胁。吸附法是染料废水处理的常用方法，但高性能吸附剂的开发仍然是一个有挑战性的课题。本论文以开发高效、快速的染料废水吸附剂材料为目标，制备了爆米花基活性炭(PDAC)和新型二维材料Ti2CTx型MXene两种吸附剂，评价了其对常见有机染料的吸附性能，研究了实验条件对吸附性能的影响，分析了其吸附动力学和热力学，并探讨了其可能的吸附机理。论文主要研究结果如下: 1.爆米花基活性炭的制备及其染料吸附性能研究 以农作物玉米为碳源，通过微波炉的辐射作用将其膨化成结构蓬松的爆米花，以NaOH为活化剂，经过碳化-活化过程制备出不同碱碳比(3∶1;4∶1;5∶1)的爆米花基活性炭(PDAC)。对其形貌、组成和结构的表征表明，制备的PDAC具有超高的比表面积(＞3000m2·g-1)、发达的分级孔结构和丰富的表面官能团。将PDAC应用于染料废水处理，实验结果表明PDAC对罗丹明B、刚果红、亚甲基蓝和甲基橙四种染料都能表现出良好的吸附能力。碱碳比为4∶1的PDAC-4由于具有最大的比表面积，更多的表面活性吸附位点，因此对染料RhB表现出最优异的吸附能力，饱和吸附量高达7765mg·g-1。PDAC对RhB的吸附符合Langmuir的单分子层吸附，是一个自发、吸热且无序度增加的过程，满足准二级动力学模型，主要受物理吸附（孔吸附和表面吸附）控制。PDAC对多元混合染料展现出优异的脱色能力，并具有良好的循环再生利用性能，对初始浓度为1000mg·L-1的RhB染料溶液经过三次的吸附-脱附后仍然能够保持优异的吸附能力，且吸附量达到3000mg·g-1以上。 2.MXene(Ti2CTx)的制备及其染料吸附性能研究 采用相对温和的HCl和LiF混合液代替HF刻蚀Ti2AlC制备出二维MXene(Ti2CTx)纳米片，具有非常薄的二维纳米片层结构和丰富的表面活性官能团（如:-OH、=O、-F）。为克服Ti2CTx材料易氧化、易团聚的不足，本实验以分散于去离子水中的Ti2CTx作为吸附剂用于有机染料的吸附研究。吸附结果表明:分散于水中的Ti2CTx展现出对染料RhB高效、快速的吸附能力。在RhB初始浓度为1000mg·L-1的溶液中，Ti2CTx对其的吸附量高达2439mg·g-1，并且在1min内即可迅速达到吸附平衡。吸附过程满足准二级动力学模型，Freundlich等温曲线表明Ti2CTx对染料RhB的吸附为多层吸附，吸附热力学反映出吸附是自发的、放热且有序度增加的过程，主要受化学作用（离子交换）和物理作用（静电作用、氢键、范德华力）共同控制。溶液pH和盐离子浓度对Ti2CTx吸附RhB染料的性能影响很小，表明Ti2CTx在不同环境下对染料RhB都有着高效、稳定的吸附性能。
活性炭;二维无机化合物;制备工艺;吸附性能
北京化工大学
硕士
材料科学与工程
徐斌
2019
中文
TQ424
2019-10-08（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）