水处理用多孔炭材料的制备及电吸附性能研究

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1、北京化工大学硕士学位论文水处理用多孔炭材料的制备及电吸附性能研究姓名：庞自钊申请学位级别：硕士专业：材料科学与工程指导教师：孟庆函20100603摘要水处理用多孔炭材料的制备及电吸附性能研究电吸附技术(EST)是近几年来发展起来的一种水处理技术，具有能耗低、无二次污染和电极可再生等优点。其原理是向电极施加电压，在电极表面形成双电层来吸附离子，因此电极材料是电吸附研究的重点。多孔炭材料具有大的比表面积、高的电导率、化学性质稳定等特点非常适合作为电吸附的电极材料。本论文通过对活性炭二次活化、使用高比表面积活性炭、用葡萄糖改性RF炭气凝胶、用不同原料和工艺制备不同比表面积和孔径分布的炭气凝

2、胶等手段，研究了电极的比表面积和孔结构对电吸附性能的影响。具体分为以下三个部分。l、用硝酸对活性炭进行去灰分处理，并用水蒸气进行二次活化，将活性炭制成电极，在电吸附装置中进行电吸附测试。实验表明，二次活化可以提高活性炭的比表面积和孔容，使得比表面积从961．4m2／g提高到1227．4m2／g，并使活性炭的单位吸附量从2．92mg／g提高到4．55mg／g。活化效果受活化时间和活化温度共同影响，结合炭的收率，在850℃下活化1h的效果最好，单位吸附量也最高。并采用比表面积大于2000m2儋的高比表面积活性炭作为电极材料测试了电吸附性能，比表面积越大电吸附性能越好，比表面积为3367m

3、2／g的活性炭电吸附性能最高，达到9．11mg／g，表明比表面积是决定活性炭电极电吸附性能的最重要因素。2、采用葡萄糖作为致孔剂对间苯二酚．甲醛体系炭气凝胶进行改性，有机凝胶经过丙酮置换、超临界干燥和1000℃高温裂解制成炭气凝胶。北京化工大学硕士学位论文对炭气凝胶用SEM和BET进行孔结构表征，结果表明经葡萄糖改性的炭气凝胶比表面积从403．6m2／g上升到684．3m2／g，孔结构也发生了变化，平均孔径从20．50nlTI下降到10．41nnl．。对炭气凝胶进行充放电测试和电吸附测试，改性炭气凝胶比电容从70．2F／g上升到115．2F／g，但单位吸附量反而从18．5mg／g下降

4、到16．0mg／g。这表明对于以中孔结构为主的炭气凝胶，孔径大小也是决定电吸附性能的重要因素。3、制备苯酚．间苯二酚．甲醛体系和间甲酚．间苯二酚．甲醛体系的炭气凝胶，制成电极进行电吸附测试，结果表明比表面积和孔径共同决定炭气凝胶的电吸附性能，而通过固含量可以控制炭气凝胶的比表面积，固含量越高，比表面积和孔径越大。固含量为40wt％的间甲酚．间苯二酚．甲醛体系的炭气凝胶具有最大的比表面积(580．9m2／g)和平均孔径(7．37nm)，单位吸附量也最高，达到15．4mg／g。并研究了电压和浓度等因素对电吸附的影响，结果表明电压单位吸附量越大，但由于电解的影响，最佳电压为1．5V；浓度越

5、高电极的单位吸附量越大。关键词：电吸附，活性炭，活化，炭气凝胶，制备IIPREPARATIoNOFPORoUSCARBONM渔TEAlUALSANDTHEIRPROPER，rIESoFELECTRoSORPTIONABSTRACTElectrosorptionisanewmethodofwatertreatmentinrecentyearswhichhasadvantagessuchaslowcost，regenerationandnosecondarypollution．Formeddoubleelectrodelayeratsurfaceofelectrodeisitsprinc

6、iple．Sotheelectrodematerialsareimportanttoelectrosorption．Porouscarbonmaterialsaresuitableforitselectrodebecauseithashighspecificsurfacearea，conductivityandstability．Inthispaper,activatedcarbonandcarbonaerogelswereusedaselectrodematerialsofelectrosorption，andtherelationshipbetweenelectrosorptio

7、nandporestructurehasbeenstudied．Themainexperimentalconclusionsareasfollows：1．Deashingtheactivecarbonwithnitricacid．Thenmodifiedactivecarbonbywatervaporandfabricateditintoelectrodesforelectrosorption．Theelectrosorptionperformancewa