废弃膨润土制备碳纳米材料研究-环境科学与工程专业论文.docxVIP

废弃膨润土制备碳纳米材料研究 废弃膨润土制备碳纳米材料研究 万方数据 万方数据 万方数据 万方数据 摘 要 膨润土由于其巨大理论比表面积、层结构可膨胀及层间域的阳离子可交换性 等特征，是废水中多种污染物的天然吸附材料，尤其对染料废水的阳离子染料吸 附性能良好。然而，如何处理吸附了阳离子染料的废弃膨润土的相关研究却比较 少。本文通过对吸附了阳离子染料的膨润土进行碳化处理，制备了一种具备特殊 二维纳米结构的类石墨烯碳材料，从而为废弃膨润土的再利用提供了一条途径。 论文进一步研究了这种新型材料对有机污染物的吸附性能，并探讨了其在超级电 容上应用的可行性，测试它的部分电学参数。研究取得了以下成果： （1）利用吸附染料后的废弃膨润土，成功制备了类石墨烯碳纳米材料。将分 别吸附了阳离子染料结晶紫、亚甲基蓝、孔雀石绿后的膨润土进行氮气保护下高 温碳化处理，XRD 图谱显示碳化后膨润土片层间形成了一层高度约为 0.34-0.41 nm 的二维碳纳米材料，酸洗去掉膨润土片层后得到碳纳米材料，对其进行 XRD 和拉曼光谱表征都显示出极高的石墨化程度。此外，对其进行 BET 测试发现其 是一种以介孔为主的碳纳米材料。 （2）发现碳纳米材料对硝基苯、2-萘酚和苯酚都具有良好的吸附效果。三种 不同碳源制备的碳纳米材料对硝基苯吸附效果相差不大，600 ℃制备的碳纳米材 料吸附效果最佳。碳纳米材料对硝基苯、2-萘酚和苯酚三种有机物的等温曲线符 合 Langmuir 方程，三种有机物的饱和吸附量分别可达 69.9、85.5、40.3 mg/g。 通过吸附硝基苯的动力学和热力学实验发现吸附过程能很好的满足准二级动力 学方程，且反应过程放热，温度越高越有利于反应进行。碳纳米材料硝基苯的吸 附效果明显优于传统有机膨润土。 （3）发现碳纳米材料具有理想的双电层电容特性，电极具有良好的可逆性。 循环伏安测试显示电极在扫描速度为 1 mV/s 下的比电容达到 201 F/g，充放电曲 线表现为明显的三角形对称分布，而交流阻抗测试所得直线也比较接近 90°。 电容器充放电循环 3000 次后电容量基本保持不变，自放电率低，表明该碳纳米 材料是一种较为优良的超级电容器电极材料。 关键词：膨润土；阳离子染料；碳纳米材料；吸附；超级电容 ABSTRACT Bentonite due to its large theorical specific surface area, expandable interlayer structure, cationic interlayer exchangeable property and its others charateristics, is a natural absorbent material of various wastewater pollutants. Bentonite is especially a good cationic dyestuff used for dye wastewater. However, research about the treatment of the bentonite waste originate from the adsorption of cationic dye are few. This paper investigate the adsorption of cationic dye onto bentonite by carbonization process. This processing include the preparation of two-dimensional special kind of graphene carbon material nanostructures, and the implementation of an approach of recycling bentonite waste. The paper further studies the adsorption performance of this new kind of organic pollutants, discuss the feasibility of its application in supercapacitors, and investigate some electrical parameters test. Experiment results are as follows: The use of bentonite dyestuff waste which is already pass the absorption process, is from