炭材料在水污染修复领域的应用研究

针对炭材料在水污染修复领域发挥的重要作用,对以活性炭(粉状、粒状及纤维状)和膨胀石墨为主的炭材料吸附技术、微生物与炭材料复合构成的生物炭材料吸附降解技术以及二者与其它技术(如臭氧氧化、膜过滤及光催化等)耦合用于水处理的应用研究现状进行了概述,指出新型炭材料(如活性炭纤维和膨胀石墨)吸附技术、生物炭材料吸附降解技术及相关耦合技术极具应用前景,并对今后的研究提出了建议.     

半纤维素基炭微球的水热制备与功能化研究

以玉米秸秆半纤维素为碳源水热制备炭微球,并以其为载体原位担载硅钨酸制备功能炭球@硅钨酸复合物。结果表明,低温水热条件下半纤维素可直接炭化制得微米级的炭球;复合物中硅钨酸的存在对炭球形貌和尺寸没有影响,但有助于炭微球的石墨化,并与表面富含官能团的炭球存在相互作用;硅钨酸典型的Keggin结构在复合物中依然保留。所得炭球@硅钨酸复合物可望用作良好的催化材料。     

膨胀石墨基炭/炭复合材料的制备及其苯酚吸附性能

以蔗糖为炭源,磷酸为活化剂制备出了膨胀石墨基炭/炭复合材料(EGCs).采用SEM和氮气吸附法对材料进行了表征.结果表明,复合材料保留了膨胀石墨的网络状孔隙结构,活性炭主要涂覆在膨胀石墨蠕虫二级孔的孔壁上,涂覆厚度在87nm左右.研究了磷酸/蔗糖比(Xp)、活化温度、活化时间对复合材料孔结构和比表面积的影响.在Xp=0.9、活化温度为350℃和活化时间为120min时所得的复合材料比表面积最高,达到1948m2/g,其对苯酚的吸附量为173.1mg/g,较同工艺制备的活性炭颗粒提高了24.8%.     

膨胀石墨对重油和生物体液的吸附-来自中国的研究

膨胀石墨(简称EG)是通过将残留石墨层间化合物(简称GIC)快速加热到约1000℃而分解、膨胀制得的。这种材料具有较大比表面积和较强表面活性,因此,EG可以吸附重油和粘稠性有机液体。本文综述了清华大学研究组近年来所进行的膨胀石墨吸附重油和生物体液的研究成果。     

不饱和聚酯/可膨胀石墨体系的结构与阻燃性能

研究了可膨胀石墨(EG)对不饱和聚酯(UPR)的结构和阻燃性能的影响。采用氧指数、锥形量热分析、热重分析等方法进行测试和表征,用扫描电镜(SEM)观察了膨胀炭层的形貌。结果表明,使用合适粒径的EG可使UPR/EG体系的氧指数得到大幅度提高,热释放速率和质量损失速率大大降低,UPR/EG体系具有良好的阻燃性能;SEM的观察结果表明,EG形成的蠕虫状膨胀炭层紧密堆砌在材料表面,起到隔热隔氧的作用。     

不同粒径可膨胀石墨协同聚磷酸铵对环氧树脂燃烧性能的影响

制备了环氧树脂(EP)/聚磷酸铵(APP)/可膨胀石墨(EG)阻燃材料。采用极限氧指数(LOI)、垂直燃烧(UL-94)、热重分析(TGA)及扫描电镜(SEM)研究了EG及其粒径对材料阻燃性能和燃烧成炭效果的影响。结果表明,EG具有一定的协同阻燃效果;EP/APP/EG复合材料燃烧过程均无溶滴现象;EG可提高EP/APP高温残留量,并能有效提高燃烧炭层膨胀体积;与50 mesh EG相比,100 mesh EG具有更好的协同阻燃以及协同成炭效果。     

物理活化白酒糟制备多孔炭材料

白酒糟是典型的富含纤维素生物质过程残渣,以水蒸气及CO2为活化剂研究了制备白酒糟多孔炭(活性炭)的各种操作条件,包括炭化温度、活化温度、活化剂流量对多孔炭样品性能的影响规律,证明了利用白酒糟制备多孔炭材料的技术可行性。基于SEM、XRD、N2吸附对材料表面和孔隙的表征,并结合制备过程气相产物的实时监测,解析了白酒糟多孔炭制备过程的活化反应历程。结果表明,低温炭化和高温活化有利于提高多孔炭对碘和亚甲基蓝的吸附,水蒸气比CO2具有更高的反应活性。制备多孔炭的比表面积和孔体积分别达到了371.6 m2/g和0.34 cm3/g,对应的碘和亚甲基蓝吸附值分别是580 mg/g和90 mg/g。同时揭示了活化反应中活化剂首先与炭化料的H、O官能团发生反应形成初级孔隙,进而和C物种反应形成石墨微晶的堆垛和层错,形成多孔结构。     

天然生物质材料吸油性能研究

采用小麦秸秆、玉米秸秆、锯末、中药渣作为吸油材料,重点研究了吸附材料粒径、吸附时间以及不同油品对这4种天然生物质材料的吸油性能的影响。同时,研究对比了这4种材料的吸水性能和保油能力。在对原油进行吸附实验时,发现锯末和小麦秸秆在0.25～0.83mm粒径范围内具有较好的吸油性能,吸油量分别为5.79和6.02g/g,其次为玉米秸秆,0.15～0.18mm之间的材料吸油量最大能达到5.02g/g,而中药渣在0.18～0.20mm之间的吸油量仅为2.37g/g。比较4种材料对有机物甲苯及植物油的吸附性能发现,其对原油的吸附效果优于植物油和甲苯。材料均有一定的保油能力,而锯末的保油能力最高,其油水比>11。由于天然生物质材料属固体废物,其吸油后可直接作为燃料使用,可达到以废治废的目的,因此在含油污水处理领域具有较好的开发和应用前景。     

沥青炭的微观结构对其压缩强度的影响

将高温煤沥青和浸渍剂沥青在不同压力下炭化,在2500℃下对所得沥青炭进行石墨化处理;测试了所得沥青炭的体积密度、开孔率;利用扫描电子显微镜（SEU）观察了所得沥青炭的显微结构;利用XRD检测了所得沥青炭石墨化处理后的石墨化度;测试了所得沥青炭的压缩强度。结果表明：随着炭化压力的增大,沥青炭的体积密度增大而开孔率减小,压缩强度也随之增大;随着炭化压力的增大沥青炭显微结构呈由流线型向镶嵌型和域型转变的趋势;流线型结构沥青炭石墨化度较高,但也导致沥青炭的压缩强度降低。     

膨胀石墨基炭/炭复合电极的制备及含酚废水的降解

以压缩膨胀石墨为基体、蔗糖为炭源、磷酸为活化剂,经碳化、活化压片制得膨胀石墨基炭/炭复合电极(EGC电极)。采用低温液氮吸附法和扫描电镜(SEM)进行表征,研究了蔗糖浓度对电极表面结构和孔道特征的影响规律,并以苯酚为处理目标物,考察了不同的电解条件。结果表明,EGC电极以膨胀石墨为骨架,包覆炭膜,孔径主要分布在0.5～2.5nm之间,蔗糖浓度为50%制备的EGC电极比表面积最高,电化学氧化苯酚效果最优。电解苯酚试验中,降低苯酚初始浓度、增加电流密度和电解质浓度有利于提高苯酚的降解效率。