重金屬離子廢水染料廢水處理方法

重金屬離子廢水染料廢水處理方法

在介紹了三種多孔炭材料制備方法與特點的基礎(chǔ)上,綜述了多孔炭材料作為吸附劑在重金屬離子廢水、染料廢水和其他廢水處理中的應(yīng)用研究進展。

由相互貫通或封閉的孔洞構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的多孔炭材料在具備炭材料性質(zhì)(如化學(xué)穩(wěn)定性高、導(dǎo)電性好、價廉等)優(yōu)點的同時，還具有比表面積大等特點。因此，多孔炭材料可應(yīng)用于分離凈化、催化、光學(xué)器件、能量存儲、生物分離薄膜及納米反應(yīng)器等領(lǐng)域。由三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形成的大孔結(jié)構(gòu)使多孔炭材料具有優(yōu)異的吸附性能。

目前，隨著多孔炭材料研究的深入，制備多孔炭材料不僅需要控制其介觀結(jié)構(gòu)、孔徑及孔道排列，而且對其微米級的宏觀形貌也有要求。現(xiàn)已成功合成了球、纖維、棒、單晶和體材料等多種形貌的介孔炭材料。

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1多孔炭材料類型與原材料

1.1多孔炭材料類型

多孔炭材料按孔直徑大小可分為微孔炭材料(<2nm)，介孔炭材料(2~50nm)和大孔炭材料(>50nm)。其中微孔炭材料又分為極微孔(<0.7nm)和超微孔炭材料(0.7~2nm)。多孔炭材料還可分為無序多孔炭和有序多孔炭材料。

1.2制備多孔炭材料的原材料

制備多孔炭材料的原料主要有生物質(zhì)材料、合成高分子材料、廢棄高分子材料、焦油與煤炭材料等。但不同原料制備的多孔炭，其結(jié)構(gòu)有明顯差異。

1.2.1生物質(zhì)材料

可用作炭材料前驅(qū)體的生物質(zhì)材料有：植物的枝、干、葉、果實與果殼;動物的骨頭和糞便;海洋生物(如海藻);還有蔗糖、糖蜜、咖啡豆、甘蔗渣、甜菜渣、木質(zhì)素等。以大葉合歡種子莢為原料，采用微波法能制備用于吸附對氯苯酚的微孔活性炭，吸附容量為300.6mg/g。

以稻殼灰為原料，制備的活性炭比表面積和平均空隙達到1713m2/g和4nm。Hayashi課題組采用K2CO3活化炭化杏仁殼、椰子殼、核桃殼和木質(zhì)素等制備了多孔炭材料。也有用K2CO3活化木屑，微波法成功制得微孔炭的報道。

1.2.2合成高分子材料

合成高分子可通過選擇單體與聚合技術(shù)控制其元素組成、分子量及分子鏈的形狀。因此，合成高分子既可作為介孔結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑，也可作為炭材料前驅(qū)體。C.H.Huang等以甘蔗渣為模板，三嵌段共聚物(F127)和酚醛樹脂為介孔結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑和前驅(qū)體制備了一種層狀多孔炭材料，其作為電極材料表現(xiàn)出很好的電化學(xué)特性。以酚醛樹脂為前驅(qū)體，F(xiàn)127為模板，采用溶膠-凝膠法制備的介孔炭納米纖維，可用于大分子染料的吸附。

1.2.3廢棄高分子材料

含碳廢棄物既來源于合成高分子材料，也來源于生物質(zhì)材料。大部分廢棄物都可用作制備多孔炭的原料，如廢舊塑料、廢橡膠及廢舊皮革，鋸屑、廢紙或紙漿廢渣，都市垃圾與廢建材，油煙，酒廠廢棄物，水產(chǎn)廢棄物，畜產(chǎn)廢棄物等。

1.2.4焦油與煤炭材料

能用作炭材料前驅(qū)體的焦油與煤炭材料有泥煤、煙煤、無煙煤、煙道炭黑、煤焦油瀝青、石油焦、石墨、油炭、褐煤、石油瀝青、油母頁巖等。

2多孔炭材料的制備方法

多孔炭材料的制備方法主要有活化法與模板法。活化法制得的是無序多孔炭材料;模板法制得的是結(jié)構(gòu)有序、孔徑均一的多孔炭材料。模板法又分為軟模板法、硬模板法和雙模板法等。

2.1微孔炭材料的制備

制備無序微孔炭主要采用炭化活化法。生物質(zhì)原料由于其結(jié)構(gòu)特點，更有利于形成高比表面積的微孔炭。如以桑枝為炭材料前驅(qū)體，制備的微孔活性炭比表面積達到1603m2/g。以K2CO3為活化劑，聚苯胺為前驅(qū)體也可制備出大比表面積的微孔炭。

分子篩型微孔炭是一類無序微孔材料，具有優(yōu)異的化學(xué)和物理穩(wěn)定性。制備炭分子篩的原料主要有：高分子化合物(如酚醛樹脂)、煤、植物(如椰子殼等)。以煤為原料，采用炭化、活化制備的分離CH4/N2用分子篩，比表面積為251m2/g。

孔壁<1nm的沸石常用作合成孔徑均一微孔炭的無機模板，如用Y型沸石分子篩為模板可合成微孔炭。Kyotani課題組用Y型沸石分子篩為模板，成功合成了孔徑均一的微孔炭材料。使用介孔二氧化硅模板和二氧化碳活化法可制備儲氫性能良好的有序微孔炭，比表面積達到2008m2/g。K.S.Kim等以二氧化硅為模板，聚苯胺為前驅(qū)體，制備的微孔氮摻雜的碳納米管，其對水有更強的親和力。