材料化学-环境功能材料讲解.pptx

环境功能材料 汇报人：彭乾 闽南师范大学 水污染 土壤污染 大气污染 固废污染 人类正面临着各种环境问题！ 环境功能材料 环境功能材料主要是指具有独特的物理、化学、生物性能，并有优良的环境净化效果的新型材料。它们可以在经典工艺中发挥重要作用，也可以为人类提供新的环境工艺。这些材料在环境工程上表现出其独特的价值，而且在解决能源危机、全球环境污染等方面也发挥着巨大的作用。 化学污染控制：水、大气、固废 环境修复：水、大气、土壤 物理污染控制：噪声、辐射、电磁波 环境功能材料用途 环境功能材料分类 噪声污染控制材料 催化湿式氧化催化剂 吸附材料 光催化材料 新型环境替代材料 电磁污染控制材料 能源技术与功能材料 电催化材料 介绍这类材料 吸附材料 吸附的概述 多孔吸附材料 无孔吸附材料 纳米吸附材料 前沿与展望 1 2 3 4 5 1 吸附的概述 吸附：当流体与多孔固体接触时，流体中某一组分或多个组分在固体表面处产生积蓄，这种现象称为吸附。 根据作用力的不同，通常包括物理吸附和化学吸附。 吸附质 吸附质 物理吸附 化学吸附 物理吸附 化学吸附 作用力 范德华力 化学键 现象 类似于冷凝 类似于化学反应 热效应 近似于冷凝热 近似于化学反应热 吸附方式 单分子层或多分子层 一般为单分子层 解吸结果 吸附质能还原 吸附质不能还原 吸附过程 可逆，速度快 不可逆 物理吸附和化学吸附比较 吸附法是去除环境中污染物最为快捷有效的方法之一，利用吸附法进行物质分离已有漫长的历史，以活性炭为例： 公元前1550年，古埃及有木炭作为医用的记载。 中国明代李时珍（公元1518-1593年）所编著的本草纲目中提及木炭用于治疗疾病。 在二十世纪初，欧洲诞生了活性炭工业。 到二十世纪六十年代后，国内外的研究者在活性炭的使用和研发上作出了大量的工作。 1 吸附的概述 1 吸附的概述 吸附法在环境保护方面的应用： 净化废气，回收溶剂，脱除水中的微量污染物 利用吸附法进行水处理： 优点 缺点 适应范围广 处理效果好 可回收有用物料 吸附剂可重复使用 吸附饱和效果会下降 树脂吸附饱和需解析 解析废液很难处理 1 吸附的概述 吸附剂（吸附材料）是决定高效能的吸附处理过程的关键因素，广义而言，一切固体都具有吸附能力，但是只有多孔物质或磨得极细的物质由于具有很大的比表面积，才能作为吸附剂。 吸附剂的分类： 比表面积是吸附材料，特别是多孔吸附材料的重要指标。它的大小较直观地表明吸附剂吸附能力的大小。 例如： 常规活性炭比表面积在600~1500m2/g 超级活性炭比表面积在2500~4000m2/g NU-110(金属有机骨架）比表面积高达7000m2/g 在制造吸附剂时，应尽量增大比表面积以增大其吸附能力。 1 吸附的概述 2.1 多孔吸附材料——活性炭 活性炭是由含碳材料制成的外观呈黑色，内部孔隙结构发达、表面积大，吸附能力强的一类微晶质碳素材料。 活性炭含有大量微孔，具有巨大的比表面积，吸附效果好且稳定，能有效地去除色度、臭味，可去除二级出水中大多数有机污染物和某些无机物，包含某些有毒的重金属，是目前水处理中普遍采用的吸附剂。目前工业上使用的活性炭有粉末状和颗粒状两种，其中以颗粒状为主。 粉末活性炭 颗粒活性炭 2.1 多孔吸附材料——活性炭 活性炭的制备方法：通常需要经过炭化和活化两个阶段，其中活化是造孔阶段，最为关健。活化一般通过气体活化或药剂活化实现。 生产颗粒状活性炭，微孔居多，更适合吸附小分子污染物，生产成本较低，对环境污染小，但活性炭吸附效率不高，活化温度较高。 气体活化 药剂活化 加入ZnCl2,KOH 制备粉状活性炭，孔径可控，可制备出以微孔或中微孔为主的产品，但对设备腐蚀性大，环境污染严重。 2.1 多孔吸附材料——活性炭 活性炭的改性方法：活性炭改性主要是指针对其表面结构特性和表面化学性质进行改性，以适合吸附不同的污染物。 物理结构改性 化学性质改性 物理或化学方法 增大活性炭比表面积 控制孔径大小及分布 提高物理吸附性能 氧化还原反应 调节极性、亲水性 提供特定吸附活性点 对各极性物质吸附能力 2.1 多孔吸附材料——活性炭 活性炭的性能表征：孔结构、比表面积和表面基团对污染物的吸附影响最大。 活性炭的孔径特征： 其中微孔在吸附过程中起主导作用，吸附性能好的活性炭微孔可占总表面积的90-95%以上，是影响吸附能力的主要因素，其所占比例越大，吸附能力也就越强。 IUPAC分类法(国际纯粹与应用化学联合会) 微孔 中孔（介孔） 大孔 孔隙直径或孔宽小于2nm 孔隙直径或孔宽小于2-50nm 孔隙直径或孔宽大于50nm 活性炭的表面基团： 活性炭的吸附主要是范德华力作用引起的物理吸附，其吸附性能不仅与物理性质有关，