1、本論文圍繞炭氣凝膠的孔結(jié)構(gòu)、表面化學(xué)性質(zhì)對吸附的作用展開，首先控制炭氣凝膠的孔結(jié)構(gòu)，選擇三種不同尺寸大小的吸附質(zhì)，研究炭氣凝膠的孔徑分布與吸附的關(guān)系，接著以CO2活化的方法對炭氣凝膠進(jìn)行結(jié)構(gòu)改造，重點(diǎn)探討微孔在吸附中所起的作用。其次，探討炭氣凝膠的表面化學(xué)基團(tuán)對吸附的影響，最后對炭氣凝膠進(jìn)行表面氧化改性，進(jìn)一步研究炭氣凝膠表面化學(xué)性質(zhì)與吸附的關(guān)系。主要內(nèi)容和結(jié)論如下： 1.炭氣凝膠的孔結(jié)構(gòu)及其與吸附性能的關(guān)系通過控制反應(yīng)物與催化

2、劑的比例制備出四種炭氣凝膠，N2吸附表征表明這四種炭氣凝膠比表面積相似而孔徑分布不同。以三種不同尺寸大小的有機(jī)物(苯酚、茶堿和牛血清白蛋白)為吸附質(zhì)。探討孔結(jié)構(gòu)對不同尺寸大小的吸附質(zhì)的吸附性能，包括吸附等溫線和吸附動力學(xué)等。并與市售活性碳進(jìn)行結(jié)構(gòu)和吸附性能的對比。結(jié)果顯示，苯酚吸附主要發(fā)生在微孔中，中孔和大孔的比例不會影響苯酚的吸附容量，但是處于炭氣凝膠的炭顆粒內(nèi)部的微孔的吸附利用率較低，會導(dǎo)致微孔吸附量下降。炭氣凝膠比活性炭具有更高的

3、微孔吸附量和吸附速率。炭氣凝膠對茶堿的吸附除了微孔的作用外，中孔也起到吸附作用。隨著中孔比表面積的增大，吸附容量也增大。以炭顆粒堆疊形成的中孔對茶堿的吸附速率大于炭顆粒表面的中孔的吸附速率。較小的中孔會影響對茶堿分子的傳輸，導(dǎo)致吸附速率下降。牛血清白蛋白在炭氣凝膠上的吸附，大孔起主要作用，且大孔的孔徑不能過大，孔徑大于牛血清白蛋白分子尺寸的中孔對吸附也起到作用，但是利用率不高。苯酚、茶堿和牛血清白蛋白在炭氣凝膠上的吸附等溫線都符合Lan

4、gmuir方程。 　　2.炭氣凝膠的孔結(jié)構(gòu)改造及其對吸附性能的影響以CO2活化的方法對炭氣凝膠進(jìn)行結(jié)構(gòu)改造。N2吸附表征表明活化過程在炭氣凝膠中引入了大量的微孔，并且活化改性并沒有改變炭氣凝膠的基本結(jié)構(gòu)，SBET、Smic、Vmes和Vmic都隨活化時間的延長而增大。但是隨著活化程度的加深，炭氣凝膠顆粒內(nèi)部閉合的孔被打開，相互聯(lián)通，使得微孔孔容擴(kuò)大，由于微孔較深導(dǎo)致活化炭氣凝膠的微孔利用率低于炭氣凝膠的微孔利用率。苯酚、碘、亞甲基蘭和

5、維生素B12在活化炭氣凝膠上的吸附容量都隨微孔孔容的增加呈線性增大，但是增大的比例與分子尺寸大小有關(guān)，分子尺寸小的分子增大的比例較大，對于較大的分子，微孔的增多提高了吸附力，但不是微孔填充作用，因此吸附容量增大的比例較小。 3.炭氣凝膠的表面化學(xué)性質(zhì)與吸附性能的關(guān)系通過控制炭化溫度制備出一系列不同表面化學(xué)性質(zhì)的炭氣凝膠。以紅外分析、Boehm滴定法、XPS分析和元素分析來表征氣凝膠表面的化學(xué)性質(zhì)，結(jié)果顯示，AG-125表面具有羧

6、基、內(nèi)酯基和酚羥基等含氧基團(tuán)，酸性基團(tuán)含量達(dá)4mmol/g以上，隨著炭化溫度的升高氣凝膠表面的酸性基團(tuán)逐漸減少，炭化溫度在600℃以上，羧基和內(nèi)酯基含量幾乎為零。靜態(tài)吸附實(shí)驗(yàn)表明，對于四種陽離子染料，有機(jī)氣凝膠的單位面積吸附量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于炭氣凝膠的單位面積吸附量。含有酸性基團(tuán)的氣凝膠負(fù)電荷表面與溶解于水中的陽離子染料的靜電吸引力是造成有機(jī)氣凝膠高單位面積吸附量的主要原因。pH值導(dǎo)致了炭氣凝膠表面的電荷變化，在堿性越強(qiáng)的條件下，炭氣凝膠表面

7、的負(fù)電荷越多，增大了對陽離子染料的吸引，從而提高了吸附容量。但是表面基團(tuán)含量很少的情況下依然是孔吸附起主要作用，并且微孔的增加對于吸附亞甲基蘭和吖啶橙有效，但對羅丹明B和結(jié)晶紫作用不大。動力學(xué)研究表明四種染料的吸附都符合準(zhǔn)二級動力學(xué)模型。茶堿在有機(jī)氣凝膠上的吸附有氫鍵作用，在600℃以上的炭氣凝膠上的吸附以孔吸附為主。溶劑對茶堿吸附的影響表明，隨著甲醇和乙醇含量的增加，AG-125和CA-125-900對茶堿的吸附容量逐漸減小，其原因是

8、茶堿與甲醇和乙醇在氣凝膠表面進(jìn)行競爭吸附。pH值對茶堿吸附的影響表明高pH值(＞8.79)條件下由于茶堿溶液中存在離解平衡，而離子化過程可以提高茶堿的溶解性，因此導(dǎo)致吸附容量降低。 4.炭氣凝膠的表面氧化改性及其對吸附性能的影響用三種氧化方法(包括HNO3氧化、H2O2氧化和空氣氧化)對兩種不同表面化學(xué)性質(zhì)的炭氣凝膠(CA-125-500和CA-125-900)表面進(jìn)行氧化改性。通過Boehm滴定法、XPS分析和元素分析測定表面基團(tuán)含量

9、，結(jié)果表明，氧化處理后的樣品主要增加的是羧基和酚羥基，其中HNO3氧化增加的酸性基團(tuán)數(shù)量最多，H2O2氧化和空氣氧化增加的酸性基團(tuán)數(shù)量較少，并且CA-125-500比CA-125-900更容易氧化。N2吸附表征表明，三種氧化方法對于和CA-125-500和CA-125-900的孔結(jié)構(gòu)影響很小。通過對比兩種炭氣凝膠氧化前后和氧化炭氣凝膠熱處理前后的樣品對四種堿性染料的吸附性能可知，對于CA-125-500，經(jīng)過HNO3氧化的樣品對四種染料