介孔碳微球的制备、改性及应用研究

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介孔碳微球具有规则的球形形貌,良好的单分散性、可调的孔径和较大的比表面积和孔容等特点,在催化领域日益受到人们的关注。使用磷酸对介孔碳材料进行修饰得到酸功能化的介孔碳材料,可提高催化剂活性位点的数量和酸强,在酸催化领域具有潜在的应用价值。将银粒子负载在介孔碳微球上可以很好的解决单质银作为催化材料具有易被氧化、易团聚和高成本等一系列问题。本文以水热法合成的介孔碳微球为载体,通过直接浸渍法,制备了介孔碳基固体磷酸,研究了制备工艺对催化活性的影响,以乙酸及乙醇的酯化反应作为探针讨论固体酸的催化效果;采用化学还原法制备了载银介孔碳微球,并讨论了其在硼氢化钠还原亚甲基蓝中的应用情况。主要实验结果如下:1.以低阶酚醛树脂为碳源,三嵌段共聚物F127为模板剂,采用水热法制备介孔碳微球。研究了苯酚用量、模板剂用量、稀释浓度和酚醛树脂与F127反应温度对介孔碳微球微观形貌和孔结构的影响。研究结果表明,苯酚用量为0.6 g、F127用量为0.9 g、resol-F127胶束溶液与水以1:3的体积比稀释,低阶酚醛树脂与F127胶束组装温度为70oC时,制备的介孔碳微球形貌规整、粒径均一(约100 nm),具有较大的比表面积(754.89 m~2/g)和孔体积(0.5708 cm~3/g),且孔径分布窄(2-4nm)。2.采用磷酸对酚醛树脂基介孔碳微球进行改性。在磷酸化时间为6 h、磷酸化温度为180oC、固液比为1:20时,固体酸的酸量达到最优(2.088 mmol/g);以乙酸及乙醇的酯化反应作为探针反应,在醇酸比为3:1、反应时间为4 h、催化剂用量为乙酸质量的35%时,酯化率达到81.9%。3.以木糖为碳源,三嵌段共聚物F127为模板,通过酸诱导水热制备木糖基介孔碳微球比表面积可达532 m~2/g。以木糖基介孔碳微球为载体,利用化学还原法制备了单分散性较好、载银均匀的载银介孔碳微球。通过改变还原剂的用量,发现随着还原剂用量的增加,介孔碳微球表面沉积的银粒子逐渐增多,在还原剂为3 m L时制备的载银介孔碳微球的形貌最好。通过催化硼氢化钠还原亚甲基蓝(MB)的对比实验,结果表明载银介孔碳具有良好的催化活性和较高的重复利用率,脱色率可达88.5%,重复使用6次后该催化剂仍保持着84%的催化效果。论文中制备的介孔碳微球具有较大的孔径结构和丰富的酸性活性位点,在乙酸和乙醇的探针反应中表现出了良好的催化性能,在酸催化反应(醚化、脱水反应等)有望得到应用。载银介孔碳微球具有稳定、高效等优点,可以提高硼氢化钠还原亚甲基蓝的反应速率,说明载银介孔碳微球在处理染料废水领域具有一定的应用价值。
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