磷酸预处理联合快速活化对梧桐基多孔碳的结构与吸附性能影响研究

来源 :合肥工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lm198505050056
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生物质是一种来源广泛、成本低廉的可再生含碳资源,而多孔碳在吸附、催化、电化学等领域具有良好的应用性能,因此利用生物质制备多孔碳,是一种实现可再生资源高价值化利用的方法。生物质衍生的多孔碳可用于水体中的药物、重金属离子、染料等多种有毒有害物质的治理,具有去除率高、经济、环保等优点。然而高性能生物质碳材料的制备,往往需要较高的活化温度(≥ 800℃)或较长的活化时间(≥2 h),能耗巨大,与“双碳”目标相冲突。低能耗制备高吸附性能的生物质碳材料的方法仍有待探索。针对上述问题,本论文采用H3PO4水热预处理联合快速活化的制备方法,在450℃的低温下通过2.8 min的活化,制备了比表面积高达1980 m2/g的多孔碳,实现了生物质碳材料的低能耗制备。同时研究了预处理方法、活化升温速率、活化时间等工艺条件对碳材料的表面形貌、比表面积、孔隙结构、元素组成、热稳定性、官能团、石墨化程度、污染物吸附能力等性质的影响。研究结果表明,预处理方法对多孔碳的表面形貌、孔隙结构和石墨化程度等性质有显著影响。H3PO4水热预处理能促进生物质碳水化合物的脱水,形成更不稳定的C=O结构,在随后的快速活化中被分解,形成孔隙结构。此外,该工艺可以提高碳材料的石墨化程度,形成更多的石墨缺陷点。经过H3PO4水热处理后的样品在快速升温过程中更容易活化并释放挥发物。同时降低升温速率会使碳材料比表面积降低,而介孔体积比提高。延长活化时间对碳材料比表面积的提升并不显著,短时间活化获得碳材料的比表面积已经较为理想。吸附实验结果表明,采用磷酸水热联合快速活化所制备的碳纳米球/多孔碳复合材料,对卡马西平(CBZ)、二价铜离子Cu(Ⅱ)及亚甲基蓝(MB)等污染物均表现出良好的吸附性能。本工作为节能制备高性能生物质碳材料提供了新的思路。
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