有序介孔纳米零价铁材料之合成及对关键有机污染物协同去除

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1、有序介孔纳米零价铁材料之合成及对关键有机污染物协同去除1绪论1.1引言软模板法是相对于硬模板法而言的，其合成机理是：以具有双亲性的表面活性剂为模板剂，碳前躯体与表面活性剂进行自组装从而形成高度有序的液晶胶束结构，然后在惰性气体下煆烧去除表面活性剂，经高温碳化，得到与液晶相胶束结构一致的有序介孔碳材料[31,3233]0早在1999年，Moriguchi等P4]报道了一种新颖的碳材料合成方法，该方法利用阳离子表面活性剂CTAB为结构导向剂，在疏水性条件下原位聚合为六方排列的胶束/桂酸盐的纳米复合材料，但是，该方法合成的碳结构仅呈现出-2nm虫孔状

2、的介孔，得到的碳材料有序性很差。Raghuveer和Manthiram等铜用自组装原理合成了具有高比表面积，大的孔径和介孔结构较强的介孔碳材料，通过控制苯胺与CTABr的比例来调节介孔碳的几何形状。但是采用这些方法合成的介孔碳结构都不是很理想。2005年，Meng等P3]提出以一种低分子量可溶性A阶酷醛树脂为碳前驱体，F127为模板剂，通过溶剂挥发诱导自主装，制备出有不同空间群结构的C-FDU-15和C-FDU-16有序介孔碳材料，其合成机理如图1.1上图所示。接着，Huang等采用混合F127与PPO-PR0-PP0(R1；)或F127-P1

3、23为表面活性剂，紛醛树脂为碳源，制备出了具有不同结构的有序介孔碳材料。Deng等_釆用大分子量的PEO-i-PS为表面活性剂制备出了具有Fm3m空间对称性的大孔有序介孔高分子和碳材料。Ting等[39]利用TEOS，三嵌段共聚物P123和鹿糖在强酸性条件下有机-无机自组装合成了高度有序的介孔碳-娃材料，将介孔碳-娃材料用氢氧化钠溶液或者氢氟酸溶液溶解氧化娃后即可得到有序介孔碳材料，其中P123和鹿糖既是结构导向剂也是氧化娃和碳的前驱体。这些方法都是以预合成的苯紛-甲醛预聚体为碳源，结合三嵌段共聚物F127、F108和P123为结构导向剂通过E

4、ISA来合成各种有序介孔聚合物、介孔碳和介孔泡沫结构。1.2有序介孔碳材料的应用介孔碳材料作为一种新型的非娃基介孔材料，是一种新型的环境修复功能材料。介孔碳材料具有较高的比表面积和较大的吸附容量，同时是一种理想的吸附材料了。目前己经利用其吸附性能分离有机、生物大分子、染料大分子和重金属离子等。Xu等[41]采用介孔碳材料和商用活性炭对生物大分子(VBi2、鸡卵白蛋白和牛血清蛋白）进行吸附对比，结果表明具有分子蹄效应的介孔碳材料对生物大分子有更好的选择吸附和分离性能。Giraudet等[42]采用氨对有序介孔碳材料进行表面修饰，使介孔碳表面富含氮

5、原子，再用修饰后的材料进行电化学储氛研究，结果表明表面基团的氮基团都参与了电化学吸附过程，且这些基团的不可逆的氧化性能够阻止进一步的氧存储。郭卓等[43]研宄了不同孔径的介孔碳CMK-3对VB12的吸附性能，其结果表明较高的有序度和较大的孔容有利于材料对VB12的吸附。王小蓉等将CMK-5应用维生素VB12的吸附和缓释试验研究，结果表明CMK-5的吸附量远高于商用活性炭，CMK-5吸附VB12后可以直接用于缓释，适用于VB12分子在人体内的缓释。Tian等采用硬模板法合成介孔碳材料用于吸附孔雀石(MG)，结果表明介孔碳对孔雀石的吸附动力学可以用

6、混合1，2阶方程来描述且吸附平衡量随着比表面积和孔容的增大而增加。C对亚甲基蓝与中性红的吸附性能，结果表明孔径大于3.5mn的介孔的体积是影响亚甲基蓝吸附容量和吸附速率的关键因素，且吸附动力学可以用假二级动力学模型来描述。Zhuang等用介孔碳材料吸附罗丹明B、亚甲基蓝、碱性品红、甲基橙苏丹G等大分子染料，有序介孔碳对低浓度的染料具有较高的去除率，染料的性质对材料的结构稳定性无影响。Gu等[49]用硬模板法合成介孔碳材料，然后用铁盐对介孔碳材料进行改性得到FeOMC材料，然后将其用于去除饮用水中的砷离子，结果表明该材料具有很快的吸附速率。2等级

7、孔有序介孔碳材料的合成及其应用研究2.1引言有序介孔碳材料由于具有比表面积大、规整的孔道结构、稳定的化学性质和导电、导热性等优点，使其在吸附、分离、催化剂载体、水净化处理及储能等方面有广泛的应用价值。活性炭是最早的工业化应用的碳材料，但是，活性炭材料中的孔径小于2nm的微孔占很大比例，使其在大分子分离体系中的应用受到限制。等级孔有序介孔碳材料的大孔径以及孔径可调性使其在大分子分离方面具有十分突出的优势。等级孔材料兼具微孔材料和介孔材料的性质，如具有择形性、稳定性好、酸性较高、比表面积大、和传质性能好，克服了晶体内扩散限制。等级孔有序介孔碳材料作

8、为负载型吸附剂的载体，作为活性物质（金属、合金、碳化物、硫化物等）的载体，可以有效的防止这些物种在焙烧过程中聚集，提高其分散度；而且，在制备双功能吸附