以天然剑麻的茎部为原料，采用水蒸汽活化的方法 - 麻类作物营养与 .pdfVIP

新型碳材料的制各、结构表征及其吸附性能的研究 专业:高分子化学与物理 硕士研究生:陈凤婷 指导教师:曾汉民教授 摘 要 碳材料是一种既老且新的材料，用途相当广泛，在人们的生产、生活中发挥 着重要的作用。新型碳材料的开发一直是材料科学工作者们致力研究的课题，当 中包括了开发活性炭等传统碳材料的新原料与新制备工艺，研制纳米金刚石、富 勒烯等新品种，还有其功能化、应用新领域的拓展等等。本论文围绕剑麻茎基活 性炭和纳米金刚石两种新型碳材料的制备、结构表征及其吸附性能，开展了一些 基础性的研究工作，内容主要包括如下几个方面: 1、剑麻茎基活性炭 (SSAC)的制备及其结构表征 以天然剑麻的茎部为原料，采用水蒸汽活化的方法，通过}f活裸件制备 了一系列剑麻茎基活性炭 ((SSAC)产品，并运用多种现代分析测试手段系统地 研究了活化温度和活化时间对 SSAC的孔结构、微晶结构和表面化学结构的影 响。研究表明，水蒸汽活化制得的SSAC具有较高的比表面积和发达的孔隙结构， 除微孔外，还含有大量2nm 以上的中孔。升高活化温度和延长活化时间可使比 表面积提高，并有利于中孔的形成，但收率减少，同时强度下降。 XRD分析显示，SSAC属于类石墨微晶乱层结构。随着活化程度的提高， 层间距dOO2增大，堆叠厚度LC不断降低，相应的堆叠层数也不断减少，表明水 蒸汽的氧化蚀刻使石墨片层越来越松散，无序度增加。 SSAC表面含有较丰富的含氧官能团，主要是酚羚基、醚基、拨基 (醒基)、 梭基和内酷基等。延长活化时间可使表面含氧官能团总量增加，而提高活化温度 则会使单键氧官能团C-O进一步氧化成双键氧官能团C=O或O-C=O. 2、剑麻茎基活性炭 (SSAC)吸附性能的研究 较深入地研究了剑麻茎基活性炭 ((SSAC)的液相和气相吸附性能、中孔吸 附性能和氧化还原吸附性能，并与其他几种植物基活性炭进行对比。实验结果表 明，SSAC对水溶液中的碘、苯酚和亚甲基蓝具有较高的吸附量，对多种有机溶 剂饱和蒸汽也有良好的吸附一脱附性能;由于结构中含有丰富的中孔，因而能有 效吸附分子尺寸较大 ((2.09nm)的维生素 B12分子，其吸附量大大超过微孔为 主的椰壳基活性炭CAC4和竹质活性炭BAC;并具有氧化还原功能，能将Au3+ 还原为单质Au并吸附在表面上。过程中既有物理吸附，也有氧化还原吸附。吸 附量不仅与比表面积有关，还受吸附剂表面化学结构的影响。 由此可见，SSAC具有较强的吸附能力，有望在气、液相吸附，黄金的冶炼 和回收等某些用途上部分取代椰壳活性炭。虽然SSAC的吸附量和氧化还原能力 仍远远比不上剑麻基活性炭纤维SACF，但在相同的制备条件下，其得率是后者 的4倍，而且原料价廉易得，具有优良的性能价格比，强度也比SACF大。此 外，SSAC含有较丰富的中孔，在分离吸附大分子物质、催化剂载体和电池电极 材料等方面也有很好的应用前景。 3、纳米碳与纳米金刚石的结构与特性研究 爆轰法合成金刚石是近十几年发展起来的一项新技术，用这种方法获得的是 纳米级的金刚石粉。收集爆轰后的黑灰经不同方法纯化处理后可得到;用酸加热 回流处理的纳米碳粉Si，用浓硝酸氧化提纯的纳米金闷石S2和用肺盐氧化提纯 的纳米金刚石S3，并采用多种分析测试手段和方法对其结构与特性进行了研究 和表征。 XRD结果表明，爆轰法获得的是立方结构的金刚石，其晶胞常数比常规块 体金刚石略大;这种纳米金刚石粒子呈较规整的球形，粒径约为3-5nm,Sl中 因含有石墨和无定形碳，粒径比较不均匀，约为2-6nm。它们极容易发生团聚， 形成疏松而多孔的结构，具有一定的比表面积。样品中微孔很少，都是以中孔和 大孔为主，且孔径都集中在17nm附近;样品表面含有多种表面含氧官能团，包 括经基、拨基、竣基、醚基和酷基等。不同的氧化提纯方法对表面官能团的种类 和数量有影响，用浓硝酸处理主要是使C一O增多，而用肺盐处理则表现为C= O的增多;Sl-S3在空气中的热稳定性较差，500℃以上时急剧失重，至约600 ℃完全氧化。用浓硝酸处理的S2热稳定性要比用肺盐处理的S3稍好。 由于具有大量的表面基团和高度的晶格缺陷，加上纳米尺寸效应，样品呈现 很强的化学活性和吸附能力。虽