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基于酚醛树脂活性炭的制备及负载TiO2吸附—光催化性能

作　者: 顾金玲
导　师: 王进福
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 化学工程与技术
关键词: 酚醛树脂 活性炭 TiO2 吸附-光催化性能
分类号: TQ424.19
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要


随着科学技术的进步,对活性炭的要求越来越高,以天然原料生产的活性炭,或存在杂质,或孔径分布不均,或比表面等性能不能满足某些特殊要求,因此需要选择新原料和新方法。同时,随着活性炭的大量使用,被废弃的活性炭造成资源极大的浪费及二次污染等问题,这就给人们提出了新的问题-活性炭再生问题。针对这些问题,本论文的研究内容为基于酚醛树脂活性炭的制备及负载TiO2吸附-光催化性能。本文以酚醛树脂为原料,氢氧化钾为活化剂,采用炭化活化一步法制备酚醛树脂基活性炭,通过正交实验研究制备工艺中碱脂比、活化温度和活化时间对活性炭吸附性能的影响因素,利用TG-DTA、XRD、FT-IR、BET、SEM和TEM等手段对炭化活化过程、表面官能团、比表面积、孔结构和表面形貌进行了测试分析。结果表明:碱脂比为2:1,活化温度为750℃,活化时间为60min的工艺条件下制得酚醛树脂基活性炭的亚甲基蓝的吸附量为186.0mL?g-1,碘的吸附量为1417.96mg?g-1,比表面积达1853m2·g-1,总孔容为1.246cm3·g-1。其孔隙结构以0.6nm和0.9nm左右的微孔为主。其表面具有-OH、C-O-C及C=C等大量的活性基团,增强其活性。以上述探讨的最佳工艺条件下制备的酚醛树脂基活性炭为载体,采用溶胶-凝胶法制备TiO2/AC复合材料,对其结构进行表征分析,并在紫外灯照射条件下,对亚甲基蓝进行吸附-光催化降解实验,讨论煅烧温度、TiO2的负载量、溶液浓度、溶液pH和重复利用次数等因素对TiO2/AC复合材料结构性能的影响。结果表明:煅烧温度为500℃~700℃时,制得TiO2/AC中TiO2均为锐钛矿晶型,酚醛树脂基活性炭的加入使TiO2的平均粒径减小,抑制晶型转变,提高相变温度。煅烧温度为600℃,TiO2质量分数为18.8%的TiO2/AC对亚甲基蓝去除率最大,并且受溶液浓度和pH值影响较小。同时,随重复使用次数的增加,其去除率要高于未负载TiO2的活性炭,从而达到TiO2光再生活性炭的目的。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-10
第1章 绪论  10-18
  1.1 课题的目的及意义  10-11
  1.2 活性炭的概况  11-13
    1.2.1 活性炭的结构与性能  11-12
    1.2.2 活性炭的制备  12-13
  1.3 TiO_2 半导体光催化技术  13-16
    1.3.1 TiO_2 的晶型结构  14
    1.3.2 TiO_2 光催化机理  14-15
    1.3.3 TiO_2 光催化剂存在的问题  15-16
  1.4 活性炭与TiO_2 的光催化剂的复合  16-17
    1.4.1 活性炭与TiO_2 的复合方式  16-17
    1.4.2 活性炭与TiO_2 的吸附-光催化作用  17
  1.5 本课题主要研究内容  17-18
第2章 实验材料及方法  18-26
  2.1 实验材料和实验仪器  18-20
    2.1.1 实验材料  18
    2.1.2 实验仪器  18-20
  2.2 酚醛树脂基活性炭及负载TiO_2 的制备方法  20-21
    2.2.1 酚醛树脂基活性炭的制备  20
    2.2.2 酚醛树脂基活性炭负载TiO_2 的制备  20-21
  2.3 酚醛树脂基活性炭及负载TiO_2 的结构分析方法  21-23
    2.3.1 热失重测试  22
    2.3.2 表面官能团的表征  22
    2.3.3 比表面积和孔结构测试  22
    2.3.4 XRD 分析  22-23
    2.3.5 表面形貌观察及成分分析  23
  2.4 酚醛树脂基活性炭吸附性能评价  23
  2.5 TiO_2/AC 复合材料吸附-光催化性能评价  23-26
    2.5.1 评价吸附-光催化性能的模型的选择  23-24
    2.5.2 亚甲基蓝溶液的配制和测定  24-25
    2.5.3 TiO_2/AC 吸附-光催化降解的实验方法  25
    2.5.4 性能评价指标  25-26
第3章 酚醛树脂基活性炭的制备及表征  26-46
  3.1 酚醛树脂基活性炭的制备工艺  26
  3.2 制备酚醛树脂基活性炭工艺条件的确定  26-28
    3.2.1 正交试验设计  26-27
    3.2.2 L_9(3~3)正交设计结果及分析  27-28
  3.3 酚醛树脂基活性炭炭化活化过程分析  28-32
    3.3.1 TG-DTA 分析  29-31
    3.3.2 XRD 分析  31-32
  3.4 酚醛树脂基活性炭结构表征  32-44
    3.4.1 酚醛树脂基活性炭结构  32
    3.4.2 酚醛树脂基活性炭的表面官能团  32-35
    3.4.3 酚醛树脂基活性炭的比表面积和孔径结构  35-41
    3.4.4 酚醛树脂基活性炭表面形貌观察及成分分析  41-44
  3.5 本章小结  44-46
第4章 酚醛树脂基活性炭负载TiO_2的制备及吸附-光催化性能  46-63
  4.1 酚醛树脂基活性炭负载TiO_2 的制备  46-47
    4.1.1 载体酚醛树脂基活性炭的选择  46
    4.1.2 TiO_2/AC 的制备工艺  46-47
    4.1.3 TiO_2 负载量的测定  47
  4.2 TiO_2/AC 复合材料的表征测试  47-55
    4.2.1 TG-DTA 分析  47-48
    4.2.2 XRD 测试  48-51
    4.2.3 表面官能团的分析  51
    4.2.4 BET 法计算比表面积  51-52
    4.2.5 表面形貌观察及成分分析  52-55
  4.3 TiO_2/AC 复合材料的吸附-光催化性能  55-61
    4.3.1 煅烧温度对TiO_2/AC 的吸附-光催化性能的影响  55-56
    4.3.2 TiO_2 的质量分数对TiO_2/AC 吸附-光催化性能的影响  56-57
    4.3.3 溶液浓度对不同质量分数的TiO_2/AC 吸附-光催化性能的影响  57-58
    4.3.4 溶液pH 值对TiO_2/AC 吸附-光催化性能的影响  58-60
    4.3.5 重复利用次数对TiO_2/AC 的吸附-光催化性能的影响  60-61
  4.4 本章小结  61-63
结论  63-64
参考文献  64-68
攻读硕士学位期间发表的学术论文  68-70
致谢  70

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中图分类: > 工业技术 > 化学工业 > 试剂与纯化学品的生产 > 吸附剂 > 活性炭 > 其他来源的活性炭
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