炭化工艺对酚醛树脂基碳分子筛性能的影响

以工业酚醛树脂为碳源,三嵌段聚合物F127为模板剂,制备碳分子筛。采用N_2吸附-脱附对制备的碳分子筛进行表征,研究炭化制备工艺对碳分子筛孔径分布的影响。结果表明,炭化温度、炭化时间和炭化升温速率对碳分子筛孔径分布影响较大。在炭化升温速率为1℃·min~(-1)、炭化温度800℃和炭化时间1 h条件下制备的碳分子筛孔径分布最为集中,BET比表面积716.59 m~2·g~(-1),单点总孔容0.557 75 cm~3·g~(-1),单点吸附微孔孔容0.301 81 cm~3·g~(-1)。     

制备工艺对淀粉基碳分子筛性能的影响

以淀粉为碳源,F127为结构导向剂,通过KOH活化一步合成法制备系列碳分子筛,采用SEM、TG、FT-IR和N_2吸附-脱附等技术对原料和碳分子筛样品的结构、表面官能团和性能进行表征。结果表明,温度、F127与淀粉添加质量比和KOH浓度对碳分子筛样品的孔隙结构性能影响显著。在KOH浓度为0.75 mol·L~(-1)、m(F127)∶m(淀粉)=4∶3、搅拌时间12 h和反应温度45℃时制备的碳分子筛孔径分布集中,BET比表面积达1 228.972 5 m~2·g~(-1),单点孔容0.807 113 cm~3·g~(-1),单点微孔体积0.636 869 cm~3·g~(-1)。     

纳米腐殖酸基离子交换复合树脂动态吸附-脱附冶金镍镉废水

系统研究了纳米腐殖酸基离子交换复合树脂在多离子共存体系中对Ni²⁺/Cd²⁺的选择吸附性能。以此为基础,通过多柱串联、饱和吸附、洗脱液套用方法完成了对Ni²⁺、Cd²⁺冶金废水资源化治理研究,用扫描电镜(SEM)、红外光谱仪(FTIR)、热重分析仪(TG-DTA)、X射线光电子能谱仪(XPS)及N₂吸附-脱附分析仪(BET)等物理手段对复合树脂的微观形貌、化学结构、耐热性、元素组分变化及孔径分布进行表征。研究结果表明:纳米腐殖酸基复合树脂对Ni²⁺、Cd²⁺离子具有吸附速度快[0.55～1.50 mg·(g·min)^-1]、交换容量高(Ca²⁺、Mg²⁺共存体系中对Ni²⁺、Cd²⁺吸附容量分别为139 mg·g^-1和148 mg·g^-1)、选择性能好等优点,回收溶液中镍和镉离子浓度和纯度高(分别为45.15 g·L^-1和 39.17g·L^-1,且C_Ni(Ⅱ)/C_total 0.989,C_Cd(Ⅱ)/C_total 0.994);吸附-洗脱200次后,其物理、化学结构性能稳定;断面形貌变化不明显,交换容量基本不变,可重复使用;比表面积、平均孔径及孔容分别为1189.85 m²·g^-1、30.2 nm 和0.96 cm³·g^-1,热稳定性能好;氮含量从16%降至12%、氧含量由26.49%升至29.96%,交换容量由5.38mmol·g^-1升至6.06 mmol·g^-1。     

水分子对HKUST-1甲烷吸附性能的影响

以三水合硝酸铜和均苯三甲酸为反应物、N,N’-二甲基甲酰胺为溶剂,采用溶剂热法合成金属有机骨架材料HKUST-1。将HKUST-1浸渍于等体积去离子水中,考察浸渍时间对其理化性能的影响,并通过XRD、SEM、BET和高压气体吸附表征研究了水分子对HKUST-1吸附甲烷性能的影响。结果表明,水分子易于吸附在HKUST-1中不饱和金属活性位点且对其骨架结构产生影响,浸渍72 h后,HKUST-1的BET比表面积和孔容分别从1 478.8 m2·g~(-1)和0.700 cm3·g~(-1)降至53.6 m~2·g~(-1)和0.005 cm3·g~(-1),在298 K和3.5 MPa条件下,甲烷吸附量从203.91 cm3·g~(-1)降至13.74 cm3·g~(-1)。但24 h浸渍后的HKUST-1骨架中生成一定数量的介孔,有利于较大的气体或液体分子吸附存储,值得深入研究。     

干法制备高中孔率生物质成型活性炭

以锯末为原料,氯化锌为活化剂,不添加黏结剂,采用干法混合后直接成型活化制备高中孔率生物质成型活性炭。为考察这种工艺的可行性,通过单因素实验,以亚甲基蓝吸附值为评价指标,考察了盐料比、活化温度、活化时间与成型密度对生物质成型活性炭吸附性能的影响,得出较优工艺条件为:盐料比1.0:1,活化温度950℃,活化时间为60min,成型密度为1.4g·cm^-3。在此工艺条件下制备得到的生物质成型活性炭,其亚甲基蓝吸附值为387mg·g^-1,BET比表面积为2104m²·g^-1,平均孔径为3.11nm,总孔容为1.63cm³·g^-1,中孔孔容为1.17cm³·g^-1,中孔率高达71.8%,初步证明了干法制备高中孔率生物质成型活性炭工艺的可行性。     

葡萄糖基多孔碳材料对CO2/CH4的分离性能

以淀粉糖（主要成分为葡萄糖）为碳前体,制备了一系列多孔碳材料（C-GLCs-800）,对其进行孔隙结构分析,并应用FT-IR、SEM、TGA对其进行了表征,测定了材料在288、298和308 K下的CO₂和CH₄吸附等温线,根据IAST理论预测了材料对CO₂/CH₄二元体系的吸附选择性。实验结果显示,活化条件对材料的孔隙结构有明显影响,随着KOH/C质量比的增加,所制备的C-GLCs-800比表面积和总孔容先增加后降低。其中C-GLC-800-4的BET比表面积高达3153 m²·g^-1,总孔容为2.056 cm³·g^-1。C-GLC-800-2的窄微孔（V_d<1 nm,孔容0.3538 cm³·g^-1）含量最高,为30.63%。C-GLC-800-2在298 K和10⁵ Pa下对CO₂吸附量高达3.96 mmol·g^-1,明显高于许多传统吸附材料和MOFs材料在相同条件下对CO₂的吸附容量。应用Clausiuse-Clapeyron方程计算了CO₂和CH₄在材料上的吸附热,应用IAST理论计算了CO₂/CH₄的吸附选择性,结果显示C-GLC-800-2对CO₂/CH₄的吸附选择性为8.35。     

球形聚合单宁-纤维素树脂的制备及吸附性能

单宁与多聚甲醛交联合成单宁酚醛聚合物,再以环氧氯丙烷为交联剂,将单宁酚醛聚合物与纤维素通过反相悬浮交联制备球形聚合单宁-纤维素树脂。通过傅里叶变换红外光谱（FTIR）、扫描电子显微镜（SEM）对球形聚合单宁-纤维素树脂的结构进行了表征,并考察了球形聚合单宁-纤维素树脂对盐酸小檗碱的吸附性能。结果表明,球形聚合单宁-纤维素树脂具有多孔的结构,树脂网络中含有大量的酚羟基;球形聚合单宁-纤维素树脂对盐酸小檗碱具有较好的吸附性能,当盐酸小檗碱浓度为600 mg·L^-1、吸附温度为298 K时,最大饱和吸附量可达245.92mg·g^-1;球形聚合单宁-纤维素树脂对盐酸小檗碱的吸附过程符合Langmuir吸附等温模型和准二级吸附动力学方程,热力学研究数据表明球形单宁-纤维素树脂对盐酸小檗碱的吸附是一个自发放热的物理吸附过程。该树脂在分离提纯生物碱方面具有潜在的应用前景。     

介孔纳米氧化铝的制备、表征及其应用

Using aluminum isopropoxide as the aluminum source and O,O′-bis(2-aminopropyl) polypropylene glycol-block-polyethylene glycol-block-polypropylene glycol as the template,ordered worm-like mesoporous nano-alumina was prepared by sol-gel method.The characterization results showed that the surface area,average pore diameter and pore volume of the calcined mesoporous alumina were 341.1 m²·g^-1,17.4 nm and 1.54 cm³·g^-1,respectively.The catalytic properties of the mesoporous nano alumina for the dehydration of isopropanol to propylene was investigated.The results indicated that the as-prepared mesoporous nano-alumina exhibited high catalytic activity.The conversion of isopropanol and the selectivity to propylene were more than 99.0% and 98.5%,respectively,when isopropanol WHSV was 0.5 h^-1,1.0 h^-1 and 2.0 h^-1 and the corresponding reaction temperature was controlled at the range of (230-320) ℃,(250-340) ℃ and (260-350) ℃,respectively.     

过氧化氢氧化再生纤维素及其阻燃、吸附性能

以过氧化氢氧化再生纤维素(GC)制备羧基再生纤维素(OGC),表征OGC结构变化及其对阻燃和吸附性能影响机理。通过碱泡预处理能有效提高GC比表面积,增加反应效率,获得羧基含量达15.6%的OGC。FT-IR和¹³C NMR表征结果说明OGC葡萄糖基环上的C₆位伯羟基能被选择性氧化成羧基。随着羧基含量的提高,OGC无定形部分溶解而提高其结晶度,晶型则无显著变化,OGC的热分解温度下降,但是成炭率显著提高。当添加6.25%OGC为成炭剂用于环氧树脂膨胀型阻燃时,氧指数达到27.2,阻燃等级为V0。以火焰原子吸收分光光度法测定结果表明,当羧基含量为15.6%,OGC对铅和铜离子吸附量分别提高14倍和3.5倍,其原因在于氧化改性能显著提高OGC的比表面积和容积率,增加吸附容量。研究结果说明以过氧化氢氧化制备的OGC在阻燃成炭剂以及金属离子吸附领域中具有良好的应用前景。     

K_2CO_3活化制备淀粉基碳分子筛

以可溶性淀粉为碳源、三嵌段共聚物F127为模板剂和K_2CO_3为活化剂,采用一步合成法制备系列淀粉基碳分子筛。通过扫描电子显微镜和N_2吸附-脱附分析淀粉基碳分子筛孔隙形貌和孔结构,采用热重-TG和傅里叶红外光谱表征原料和样品的物质结构官能团。结果表明,K_2CO_3浓度、F127添加比例、反应时间和反应温度影响淀粉基碳分子筛的孔隙结构。在炭化温度800℃、K_2CO_3浓度为0.50 mol·L~(-1)、F127与淀粉质量比=1∶3、反应温度50℃和反应时间12 h条件下制备的淀粉基碳分子筛,孔径集中于0.63 nm,比表面积为1 069.290 4 m~2·g~(-1),单点孔容0.667 901 cm~3·g~(-1)。     

Al_2(SO_4)_3-NH_3·H_2O法大孔拟薄水铝石的制备及其应用

在Al3+浓度0.6 mol·L-1、反应温度60℃和p H=9条件下,研究了硫酸铝滴定氨水(酸滴碱法)、氨水滴定硫酸铝(碱滴酸法)、p H摆动法和并流法成胶方式对共沉淀法制得的拟薄水铝石物化性能的影响。采用X射线衍射、N2吸附-脱附和扫描电镜等对拟薄水铝石进行表征。结果表明,成胶方式对拟薄水铝石物理性能影响显著,采用并流法成胶方式制得的拟薄水铝石比表面积374 m2·g-1,孔容0.89 cm3·g-1,孔径6.4 nm且分布集中,结晶度高,纯度好,能够满足加氢催化剂载体所用拟薄水铝石的物化性能要求。以并流法成胶方式得到的拟薄水铝石制备的Pd/Al2O3催化剂用于裂解汽油双烯烃选择加氢时表现出优异的加氢性能。     

超大孔聚丙烯酰胺晶胶微球的制备及其生物相容性和吸附性能

利用反相悬浮结合溶剂结晶致孔法制备了具有超大孔隙、球形度良好的聚丙烯酰胺晶胶微球,晶胶微球平均粒径为234.1 mm,孔径约为10～50 mm。采用原位接枝法,将2-丙烯酰胺基-2-甲基-1-丙烷磺酸（AMPSA）接枝到晶胶微球孔隙表面上,得到了带有磺酸基团的阳离子交换晶胶微球。考察了晶胶微球的生物相容性和吸附蛋白质及重金属离子Cu²⁺的性能,结果表明：在大肠杆菌培养液中,添加晶胶微球,对大肠杆菌的生长影响不大。接枝了AMPSA的晶胶微球表现出更强的吸附Cu²⁺的能力,吸附容量达到1.14 mmol·g^-1。同时,接枝后的晶胶微球也具有一定吸附蛋白质的能力,溶菌酶的吸附容量达到54.5 mg·g^-1。因此,该大孔晶胶可望在微生物固定化、生物分离和重金属离子吸附中会发挥更大的作用。     

聚间苯二胺/碳纳米管复合材料制备及其电容法脱盐研究

采用原位氧化聚合方法制备聚间苯二胺（PmPD）和碳纳米管（CNT）复合电极材料（PmPD@CNT）,考察了PmPD的添加对复合材料亲水性、电化学性能的影响,研究了以PmPD@CNT为电极的电容法脱盐（Capacitive Deionization,CDI）性能。扫描电镜和透射电镜分析表明PmPD的球形形貌保留在复合材料中且均匀包裹在CNT外表面。接触角测试证明,与CNT （107°）相比,PmPD@CNT的接触角（61°）显著降低,亲水性明显提高。X射线衍射和拉曼光谱图的测试结果证明PmPD@CNT相比CNT有更多的缺陷点位,有利于提高离子吸附能力。电化学测试证明,PmPD@CNT （72.5 F·g^-1,0.071 Ω）比CNT （27.4 F·g^-1,0.089 Ω）具有更高的比电容和较低的电阻。将PmPD@CNT制备成固体电极用于CDI组件进行饱和脱盐测试,结果表明以500 mg·L^-1的NaCl溶液为原料液及1.4 V操作电压条件下,该复合电极的盐吸附量为16.64 mg,对应的比吸附量为35.40 mg·g^-1,平均吸附速率为10.11 mg·g^-1·min^-1,PmPD@CNT的比吸附量和平均吸附速率分别是CNT的2.4和1.4倍。PmPD@CNT因其良好的亲水性,优异的电化学性能和脱盐性能,有望成为有竞争力的CDI电极材料。     

Kinetic and thermodynamic studies of acid scarlet 3R adsorption onto low-cost adsorbent developed from sludge and straw简

A low-cost adsorbent was prepared from sludge and straw by pyrolysis in a dried state with the surface area of the adsorbent of 829.49 ma. g-l, micropore volume of 0.176 cm2·g-1 and average pore radius of 5.0 nm. The kinetic, equilibrium isotherm and thermodynamic characteristics of trisodium 1-（1-naphthylazo）-2-hydroxynaphthalene- 4＇,6,8-trisulphonate （acid scarlet 3R） onto the adsorbent from sludge and straw were investigated. The results indicated that the pseudo second order adsorption was the predominant adsorption mechanism of acid scarlet 3R. Thus, the adsorption phenomenon was suggested as a chemical process. The adsorption data were fitted better with Langmuir model than Freundlich model, indicating that the adsorption of acid scarlet 3R belonged to the monolayer adsorption and mainly occurred in micropores.     

表面重构石英砂滤料的制备及微生物附着行为

基于普通石英砂滤料表面光滑、比表面积小、微生物难以附着等缺陷,以BOE（buffered oxide etch）腐蚀液对普通石英砂滤料进行化学蚀刻处理,以改善石英砂的表面形貌,促进微生物在石英砂滤料表面附着。扫描电镜分析结果表明,经改性得到的表面重构石英砂形貌发生明显变化,整体呈沟槽形貌;因素分析试验结果表明,在腐蚀液浓度为15%（质量）、HF与NH₄F的质量比为1∶1、反应温度为55℃、反应时间为45 min的条件下,所得改性石英砂表面的沟槽较多且宽度多介于1.0～5.0 μm之间,表面生物量由改性前的9.3 nmol P·g^-1提高到改性后的15.7 nmol P·g^-1;红外光谱分析结果显示,改性石英砂表面部分Si-O转变为Si-OH,有机物特征峰的消失反映了石英砂表面有机物的进一步去除;石英砂的比表面积由改性前的0.427 m²·g^-1提高至改性后的1.475 m²·g^-1;对COD_Cr的平均去除率由改性前的41.9%提高到改性后的51.6%。因此,表面重构石英砂具有较好的微生物亲和性,更适宜微生物的附着。     

介孔Cr(OH)3的制备及其对钒(Ⅴ)离子的吸附性能

以CrCl₃·6H₂O作为铬源,通过添加强碱制备出大比表面积（312.70 m²·g^-1）、高孔隙率（0.48 cm³·g^-1）的介孔Cr（OH）₃,并研究了其对溶液中钒（V）离子的吸附性能,考察了溶液pH、吸附剂用量、吸附温度、吸附时间等条件对吸附效果的影响。结果表明,当溶液pH在2.0~9.0、钒离子浓度为100~500 mg·L^-1时,采用该吸附剂均可实现溶液中钒离子的高效去除。在最优实验条件下,钒去除率接近100%,钒离子浓度可由500 mg·L^-1降至0.81 mg·L^-1。吸附热力学的研究结果表明,Cr（OH）₃对钒离子的吸附过程遵循Langmuir等温吸附;吸附过程符合拟二级反应动力学方程,反应级数为拟二级。     

Fe(Ⅱ)活化过硫酸盐氧化破解剩余污泥

采用 Fe(Ⅱ)活化过硫酸盐,产生强氧化性硫酸根自由基(SO₄^-·),以污泥释放的溶解性COD(SCOD)、相对疏水性(RH)和污泥比阻(SRF)为表征,考察了SO₄^-·氧化破解剩余污泥强化脱水的影响因素,并解析了机理。结果表明:当初始pH为4.5,n(S₂O₈^2-)=2.2 mmol·(g VSS)^-1,n(Fe²⁺)=1.32 mmol·(g VSS)^-1,常温下反应3 h后,SCOD由66.5 mg·L^-1增加到472.3 mg·L^-1,RH由26.9%升高到41.1%,SRF由24.9×10⁸ S²·g^-1降低至4.5×10⁸ S²·g^-1;在此基础上利用响应面法,根据Box-Benhnken中心组合试验设计,以SRF为响应指标,优化条件为pH 4.27,n(S₂O₈^2-)=2.6 mmol·(g VSS)^-1,n(Fe²⁺)=1.59 mmol·(g VSS)^-1时,SRF为3.8×10⁸ S²·g^-1,泥饼含水率为72.7%。镜检发现,破解后污泥变为颗粒碎片状;傅里叶红外光谱显示污泥表面官能团对应的特征吸收峰强度有一定程度的减弱;热重分析表明无明显物理吸附水失重区。证实了在SO₄^-·作用下,污泥菌胶团结构破坏,溶胞释放了有机物,使表观疏水性更强,与水结合力明显减弱,脱水性得到了较大提高,有利于污泥减量化应用。     

用废弃煤矸石制备高比表面积的SiO2-Al2O3二元复合气凝胶

以兖州煤矸石为原料,经过低温焙烧、酸浸除杂、碱熔活化,采用溶胶-凝胶法和真空干燥法制备完整的块状SiO₂-Al₂O₃二元复合气凝胶。通过X射线衍射、扫描电镜、傅里叶变换红外光谱、氮气吸附等检测手段对原料、SiO₂-Al₂O₃气凝胶及其制备过程中得到的中间产物的物理、化学特性进行表征,研究SiO₂-Al₂O₃凝胶的形成机制。实验结果表明,煤矸石经过酸浸除去了大部分的铁、钾、碱土金属等杂质。在经过碱熔活化后,煤矸石主要组分石英和高岭石均转化为非晶态,反应活性提高。制备得到的SiO₂-Al₂O₃气凝胶是以Si-O-Si、Si-O-Al网络结构为骨架的非晶态纳米颗粒聚集体,其堆积密度0.37 g·cm^-3,比表面积483 m²·g^-1,比孔容1.87 cm³·g^-1,平均孔径10.29 nm,最可几孔径9.32 nm,具有较好的介孔特征。     

COS吸附剂的性能评价

以γ-Al_2O_3为主要组成,添加质量分数2%~5%的Cu O、2%~5%的Zn O和1%~2%Mo O_3,采用盘式造粒成型工艺制备(2~3)mm的球形颗粒,通过烘干和焙烧制备出比表面积(200~250)m~2·g~(-1)的载体,然后用碱金属氢氧化物对载体进行修饰,制得COS吸附剂,并考察其对COS的吸附性能。结果表明,通过添加活性氧化物的产品对COS的吸附性能良好,对COS吸附容量达11.5 mg·g~(-1),可将COS脱除至0.02 mg·m~(-3)。     

低温条件下纳米腐殖酸-尿素配合物的制备及表征

为确定纳米腐殖酸-尿素配合物形成工艺参数和物化性质,以纳米腐殖酸和尿素为原料,通过络合反应制备了70~90 nm腐殖酸-尿素配合物,用响应面法优化制备纳米腐殖酸-尿素配合物最佳工艺参数为:反应温度47.6℃,反应时间1.81 h,活化剂十二烷基硫酸钠浓度50.0%(质量),固液体摩尔比9:1,络合剂浓度0.14 mol·L^-1,尿素用量200 mg,产率预测值91.2%, 此条件下进行3组独立实验,产物产率为90.6%±0.9%,与模型的预测值吻合。拟合出响应值和影响因子间的二次关联方程模型。并用X射线衍射仪(XRD)、红外光谱仪(FTIR)、热重分析仪(TG)、扫描电镜(SEM)与吸附-脱附比表面仪(BET)等物理手段对产物晶型、组分、形貌大小及比表面积等进行表征。结果表明:配合物晶型完整纯度高,粒度大小均匀且分散性良好,粒径为70~90 nm,比表面积189.85 m²·g^-1,平均孔径10.2 nm,孔容0.86 cm³·g^-1,具有较高热稳定性。