碳化钙机械化学法制备的硫掺杂炔碳材料及其汞吸附性能研究

来源 :北京化工大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:guigui198302
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近年来,随着我国工业化进程的持续高速发展,重金属离子水污染问题也日益突出。其中,冶金、电能、氯碱、塑料等重要工业门类所排放的含汞废水具有极强的毒性,危害人体健康。因此,如何高效除去废水中的汞离子是当前重金属处理急需解决的难点问题。多孔纳米碳材料具有发达的孔结构及较大的比表面积,广泛用于吸附领域。硫原子掺杂能够使碳材料的表面性质发生改变,硫与汞之间的强相互作用,可大幅提升材料对汞离子的吸附性能。电石(CaC2)是煤化工产业的基本原料之一,因其较高的碳含量和反应活性,适用于碳材料的制备。二硫化碳具有极高的含硫量,也是常见的硫化剂。因此,本文提出了通过球磨提高电石的反应活性,借助电石与二硫化碳的机械化学反应制备高含硫量新型硫掺杂炔碳材料的新方法,制备了四种新材料,SACM-1、SACM-2、SACM-3、SACM-4。研究了电石与二硫化碳在行星式球磨机和搅拌球磨机中的球磨反应,并对产物进行了 EA、BET、XPS、拉曼光谱、X射线衍射、FT-IR等表征以分析其组成与结构。结果表明,在机械球磨条件下,电石具有非常高的反应活性,能够与CS2反应得到硫含量极高的碳材料。所得碳材料的含硫量为4.13%-39.8%的微-介孔材料,并具有一定的石墨化程度。材料的比表面积随反应配比及球磨方式的不同而异,其中,以搅拌球磨方式得到的SACM-4材料具有最高的比表面积,为283.7m2·g-1。本文综合考察了配料比及球磨方式对材料吸附性能的影响,研究了溶液pH值对材料吸附效果的影响。系统研究了 SACM-2和SACM-4对汞离子的吸附性能。研究表明,汞离子的吸附符合Freundich等温吸附模型,为多层物理吸附,在60min内可达到吸附平衡,其吸附过程符合拟一级动力学模型。30℃下SACM-2材料在平衡浓度为2.41 ppm时吸附量可达643 mg-Hg·g-1,SACM-4在平衡浓度2.14 ppm时吸附量更是高达857.4mg-Hg·g-1,优于目前绝大多数碳基吸附剂,具有广阔的工业应用前景。另外,本文还研究了SACM-2、SACM-4对汞离子的吸附机理。本工作揭示了硫对碳基吸附剂改性的实用性,通过电石与CS2的机械化学反应制备了硫掺杂碳材料,有望成为制备高含硫量硫掺杂碳材料的一种重要方法,为硫掺杂改性炔碳材料的制备具有重要的参考价值。
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