改善碳材料吸附性能的方法研究

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时间:2019-05-15

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1、太原理工大学硕士研究生学位论文改善碳材料吸附性能的方法研究摘要目前,材料的吸附性能已经越来越广泛地被应用在人们的日常生活及工业生产当中。因此,对于具有良好吸附性能的吸附剂的选择便成为了发挥其作用的关键。在众多的吸附材料中,碳材料由于其优异的物理化学性质及热稳定性显得尤为突出。如何在保证不破坏其它优异性能的同时还能最大限度的提高碳材料的吸附性能也便成为了人们日益关注的问题。碳微球因其特殊的结构尺寸而拥有良好的电学、磁学、力学、化学等性能,潜在应用价值十分巨大,因而成为高科技材料领域的一颗新星。本文采用化学气相沉积法(CVD)分别以乙炔、甲苯以及乙

2、炔和甲苯混合物为原料,探索了制备碳微球的理想工艺参数。利用X-射线衍射(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)和高分辨透射电子显微镜(HRTEM)对不同温度制备的碳微球进行了观察表征和分析。实验证明:温度为1000℃时能制备出大量高纯度、形貌较好尺寸均匀的碳微球。对理想工艺参数下所得的碳微球分别进行酸洗处理和高温真空处理,酸洗处理后的样品中杂质量减少而增加了孔的数量和尺寸,而真空热处理则提高了碳微球的稳定性。本文还在液氮温度77K下测定不同工艺方法制备的碳微球吸附等温线和孔分布曲线。结果表明:不论是酸洗处理还是真空热处理都能使碳微球的孔含

3、量尤其是微中孔含量增高,从而为碳I太原理工大学硕士研究生学位论文微球作为吸附材料提供可能性。另外,经过对甲基橙溶液吸附测试后发现两种处理手段后获得的碳微球吸附能力更好。多孔碳材料是传统的吸附材料,其三维网络结构使其形成了丰富的孔结构而具有优异的吸附性能。作为一种工艺简单的制备方法,模板法能够获得孔径分布均匀的多孔碳材料,并且可以根据不同模板的选择来控制孔径的大小,因此成为合成多孔碳材料的首选方法。然而模板法也存在着会使多孔碳内部结构坍塌进而影响其吸附能力的弊端,为了防止这一问题的产生本文中采用了对模板进行浸润的方法。利用X-射线衍射(XRD)、

4、场发射扫描电子显微镜(FESEM)和高分辨透射电子显微镜(HRTEM)对获得的产物表征后表明其结构得到了改善。通过将模板预先浸润于有机物中的方法,可以获得孔径均一结构有序尤其是富含大量微孔结构的多孔碳材料,能够提高材料的比表面积和吸附量。浸润后吸附量提高了78%,吸附性能得到了很大程度的改善。关键词:吸附性能,碳微球,多孔碳材料,微观结构II太原理工大学硕士研究生学位论文STUDYONMETHODSABOUTIMPROVINGTHEADSORPTIONCAPABILITYOFCARBONMATERIALSABSTRACTNowadaysthea

5、dsorptioncapabilityofmaterialshasbeenmoreandmorewidelyusedindailylifeandindustrialproduction.Soitisthekeyproblemtochoosetheabsorbentofexcellentadsorptioncapability.Fortheiroutstandingphysicalandchemicalpropertyandthermalstability,carbonmaterialsbecamethemostimportantoneamong

6、theseadsorptionmaterials.Itattractspeople’sattentionthathowtoimprovetheadsorptionabilitymaximallyofcarbonmaterialswithoutweakenotherproperties.Asitsuniquesphericalstructure,sizeandspecialpropertiesinelectronics,magnetics,mechanics,chemistryandsoon,carbonmicrosphereshavehugep

7、otentialapplicationvalueandhavebeenanewstarinhigh-techmaterialsfield.Inthispaper,idealparameterforpreparationofcarbonmicrosphereswasprobedbychemicalvapordeposition(CVD),usingacetylene,tolueneandmixtureofthemascarbonsource.Themicrostructuresofcarbonmicrospheresbydifferentmeth

8、odswerecharacterizedandanalyzedbyX-raydiffraction(XRD),fieldemissionscannin

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