水热法或水热修饰法合成功能性碳材料及其在吸附分离方面的应用 毕业论文.doc

水热法或水热修饰法合成功能性碳材料及其在吸附分离方面的应用 摘要 传统的吸附材料，如活性炭、离子交换树脂等，在对溶液中重金属离子的吸附过程中，具有选择性差、条件要求苛刻等缺点。本课题以葡萄糖为碳源，以含有巯基、羧基或者氨基的氨基酸或化合物(如巯基乙酸)为添加剂，在180℃下，通过一步水热碳化法，合成出一种新型功能性碳材料，其对重金属离子的吸附效果优于传统的碳材料。并且本方法制备出的碳附材料表面酸量和硫含量可以调控。 关键词：水热碳化，碳材料，巯基乙酸，吸附，可控 Abstract The traditional adsorption materials, such as activated carbons and ion exchange resins, have shown the drawbacks of poor selectivity and low capacity . Here, we adopted facile method for one-step synthesis of new functional carbon spheres by HTC of the mixture of mercaptoacetic acid and glucose at 180 °C. Compared to the traditional carbon materials, it shows excellent heavy metal removal performance. In addition, we can tailor the amount of sulfur and surface acid of the material. Keywords: hydrothermal-carbonization, carbon material, mercaptoacetic acid, adsorption, controllable 目录 1 文献综述 1 1.1 研究背景 1 1.2 碳材料 2 1.3 多孔碳材料的合成方法 2 1.4 碳材料的表面修饰 5 1.5 水热碳化法 7 1.6 吸附 13 1.7本课题的研究背景及主要工作内容 15 2 实验方法 17 2.1 实验仪器与试剂 17 2.2 碳材料的合成 18 2.3 吸附试验 18 2.4 材料的表征方法 18 3 结果与讨论 24 3.1 SEM图像微观形貌分析 24 3.2 EDX元素含量分析 25 3.3傅立叶变换红外光谱(FT-IR)分析 27 3.4 XPS谱图分析 28 3.5表面-COOH含量测定 29 3.6 吸附试验结果分析 29 3.7 本课题中碳材料制备机理的讨论 30 4 结论 32 参考文献 33 致谢 35 1 文献综述 1.1研究背景 重金属废水的主要来源是机械加工、矿山开采业(矿山坑道排水、废石场淋滤水、选矿场尾矿排水等)、钢铁及有色金属的冶炼(有色金属冶炼厂除尘排水、有色金属加工厂酸洗废水、钢铁厂酸洗排水等)，电镀厂镀件洗涤水以及电解、农药、医药、油漆、染料等企业[1]。而电镀则是重金属废水的一个极为重要的来源。它主要来自于电镀生产过程中的清洗、镀液的过滤、镀液的废弃、更新以及镀液的带出、跑、冒、漏等，含Cr6+、Cr3+、Cu2+、Cd2+、Zn2+、Ni2+等多种重金属离子和NH4Cl、EDTA等的络合物[2]。重金属元素由于某些原因未经处理就被排入河流、湖泊或海洋，或者进入了土壤中，使得这些河流、湖泊、海洋和土壤受到污染，它们不能被生物降解。鱼类或贝类如果积累重金属而为人类所食，或者重金属被稻谷、小麦等农作物所吸收被人类食用，重金属就会进入人体使人产生重金属中毒。 镉及其化合物均有一定的毒性。吸入氧化镉的烟雾可产生急性中毒。中毒早期表现咽痛﹑咳嗽﹑胸闷﹑气短﹑头晕﹑恶心﹑全身酸痛﹑无力﹑发热等症状严重者可出现中毒性肺水肿或化学性肺炎﹐有明显的呼吸困难﹑胸痛﹑咯大量泡沫血色痰可因急性呼吸衰竭而死亡。长期吸入镉可产生慢性中毒引起肾脏损害20世纪50年代九州岛南部水俣病国内有媒体披露，南京农业大学的一项调查发现，市场上销售的部分大米存在重金属镉超标的现象。日趋严重的水资源使人们清楚地认识到环境污染已经成为世界的一大公害 环境污染不仅破坏人们的生活环境，危害人们的身体健康，更严重的是破坏了社会资源的可持续发展。随着可持续发展战略的提出，人们越来越重视环境保护，追求社会效益、经济效益和环境效应的协调与统一。为水资源紧缺， 目前人们己寻找出多种解决途径，污水资源化就是其中主要途径之一。虽然我国工业废水的治理做了许多有益的工作，但治理能力的增长还赶不上水体污染速度的增长，当然其原因多方面，其中技术落后是主要原因之一[] 。