【摘 要】
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以废弃炭黑为原料,采用化学造孔法制备炭黑基多孔碳材料,并应用于大气中甲苯吸附消除。有助于解决废弃炭黑处理不当所造成的环境问题,且能实现炭黑的资源化利用;同时,还能为含VOCs的大气净化提供高性能碳基吸附材料。本文以废弃炭黑为原料,优化造孔剂种类、造孔剂用量和造孔温度等,制得一系列炭黑基多孔碳吸附材料。通过扫描电镜（SEM）、N2吸附-脱附（BET）、X射线衍射（XRD）、傅里叶变换红外光谱（FT-
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以废弃炭黑为原料,采用化学造孔法制备炭黑基多孔碳材料,并应用于大气中甲苯吸附消除。有助于解决废弃炭黑处理不当所造成的环境问题,且能实现炭黑的资源化利用;同时,还能为含VOCs的大气净化提供高性能碳基吸附材料。本文以废弃炭黑为原料,优化造孔剂种类、造孔剂用量和造孔温度等,制得一系列炭黑基多孔碳吸附材料。通过扫描电镜（SEM）、N2吸附-脱附（BET）、X射线衍射（XRD）、傅里叶变换红外光谱（FT-IR）和拉曼光谱（Raman Spectra）等表征技术,研究所制得的碳基吸附剂的表面化学性质和结构特性,通过甲苯吸附/脱除实验评价了所制碳基吸附剂的甲苯吸附和脱附性能。同时,利用动力学模型（准一级、准二级和Bangham动力学模型）和可再生性能测试,分别考察了甲苯分子在碳基吸附剂上的吸附行为和碳基吸附剂的循环再生性能。主要得出以下结论:1、造孔剂种类显著影响所制得碳基吸附剂的孔结构和表面化学性质,如,微孔率、比表面积和表面官能团等。不同造孔剂具有显著差异的造孔能力,制得性能差异显著的的碳基吸附剂。由KOH造孔剂制得的碳基吸附剂（PCBA-HK）具有最大的比表面积（1031.4 m~2/g）,而由（NH4）2CO3造孔剂制得的吸附剂（PCBA-CN）,因高的石墨化程度和最大的微孔率（81.7%）,使两者在甲苯吸附性能上近乎无差异,甲苯饱和吸附量分别为306.0和298.9 mg/g。碳基吸附剂表面丰富的含氧官能团,能与甲苯分子形成强相互作用而不利于吸附态甲苯分子脱附,且在低温下难以实现相应吸附剂的循环再生。由动力学结果可知,甲苯分子在各碳基吸附剂上的吸附行为均受孔道扩散控制。2、通过制备碳基吸附剂的造孔剂用量,能有效调节其孔结构和表面化学性质,碳基吸附剂的比表面积随造孔剂用量的增加呈“火山型”变化趋势。当（NH4）2CO3造孔剂用量为0.2 g时,所制得的碳基吸附剂具有最大的比表面积（738.7 m~2/g）和最高的微孔率（81.7%）,这不仅能极大增强碳基吸附剂的孔壁效应和π-π共轭效应,还能提供更多的吸附活性位点,因而表现出最佳的甲苯吸附性能（298.9 mg/g）。同时,所制得的碳基吸附剂具有优异的循环再生性能,经120°C热脱附能实现碳基吸附剂的甲苯吸附性能的再生。3、造孔温度能显著影响碳基吸附剂的孔结构,高的造孔温度有利于提高所制得多孔碳材料表面的粗糙度和孔隙率,经850°C活化制得的碳基吸附剂的微孔率可达81.7%,并具有高的石墨化程度。高的微孔率和石墨化程度能形成强的孔壁效应和π-π共轭效应,从而提高其甲苯吸附性能。高的介孔率更有利于相应碳基吸附剂上吸附态甲苯分子的脱附,经低温热脱附即可实现甲苯吸附性能的完全再生,从而展现出优异的循环再生使用性能。
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