畢業(yè)論文-納米TiO2環(huán)保涂料現(xiàn)狀

1、納米TiO2環(huán)保涂料現(xiàn)狀楊運(yùn)乾 胡懷生摘 要: 概述了納米2的制備方法，比較了各種制各方法的優(yōu)缺點(diǎn)，介紹了納米。因其良好的抗菌殺菌作用、空氣凈化作用、抗老化作用，廣泛應(yīng)用于涂料領(lǐng)域的研究進(jìn)展。關(guān)鍵詞: 納米2制備 環(huán)保涂料 研究進(jìn)展THE SYTHESIS AND ADSORPTION OF POROUS CARBON MATERIALSYang Yongqian Hu Huaisheng Abstract:With various porous structures, porous carbon materials again a lot of attentions as a kind of

2、 newly multi-functional materials. They have excellent properties of high temperature resistance, acid and alkali resistance, conductive, and heat transfer. In addition, with the various porous structures, large surface area, and high pore volume, they can be used widely in refine of gas and liquid,

3、 separation, water treatment, and air purification. In this paper, we will review the synthesis and the adsorption property of the porous carbon materials.Key Words: Porous carbon materials; Synthesis; Adsorption0 引言近些年，納米材料因其優(yōu)異的性能和廣泛的用途越來越受到人們的關(guān)注。納米2由于具有良好的抗紫外線能力、白度好、透光性好、化學(xué)活性高、分散性好等特點(diǎn)，在陶瓷材料、催化劑載體、

4、高級涂料等許多領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用，但納米2的制備、應(yīng)用開發(fā)仍是材料學(xué)領(lǐng)域關(guān)注的課題。 納米2的制備方法1.1水熱法 水熱法是制備納米氧化物的重要方法，是在密閉高壓反應(yīng)環(huán)境中，以水或水有機(jī)溶劑混合體系為反應(yīng)介質(zhì)，在一定溫度及壓力下，使前驅(qū)物質(zhì)溶解，進(jìn)行重結(jié)晶。水熱法通常是在高壓反應(yīng)釜內(nèi)進(jìn)行。在這個密閉體系中，其壓力主要依賴于體系的組成和溫度。在水熱條件下制得的粉體具有分散且結(jié)晶良好、晶粒粒徑小且分布均勻、不需高溫鍛燒等特點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)粉體粒徑、晶型等特性的可控性，但對設(shè)備要求比較高，操作復(fù)雜，能耗大，因而成本比較高。董祥等報(bào)道了利用水熱法在鈦箔表面制備了三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的2納米線薄膜，并對樣品進(jìn)行了表

5、征，拓展了2納米薄膜的應(yīng)用領(lǐng)域；朱琳等嘲報(bào)導(dǎo)了以硫酸鈦和尿素為原料制備介孔二氧化鈦，并對其進(jìn)行表征。結(jié)果表明，在水熱合成溫度為下，水熱合成制備出的二氧化鈦在下煅燒后，得到的樣品顆粒表面均勻，形狀規(guī)則，孔徑規(guī)整；沈晶晶等報(bào)道了以二鈦酸鉀經(jīng)離子交換得到的無定形水合二鈦酸為原料，與葡萄糖溶液在下進(jìn)行水熱反應(yīng)，再在空氣中煅燒，制備出介孔2，并對其進(jìn)行了表征，結(jié)果表明其具有微米級棒狀或針狀形貌，并提高了其熱穩(wěn)定性，實(shí)驗(yàn)評價了其光催化性能，發(fā)現(xiàn)其活性與商用2催化劑相當(dāng)，且其較大的粒徑更易回收再利用。1.2溶膠一凝膠法 溶膠一凝膠法是目前研究得最多的制備方法，也是制備納米2最常用的方法。以鈦醇鹽或鈦的無機(jī)鹽

6、為原料，經(jīng)水解和縮聚得溶膠，再進(jìn)一步縮聚得凝膠，凝膠經(jīng)干燥、煅燒得納米粒子。這種方法制得的粉體純度高、顆粒細(xì)、分散好，但同時存在不穩(wěn)定、易發(fā)生團(tuán)聚的缺點(diǎn)，并且在后處理過程中需要高溫?zé)Y(jié)，不能在不耐高溫的基底材料上制備。王旭同報(bào)道了采用溶膠一凝膠法制備2。，并對其進(jìn)行了表征，結(jié)果表明，制得的2具有銳鈦型晶體結(jié)構(gòu)并具有較高的光催化活性；向蕓等同報(bào)導(dǎo)了采用溶膠一凝膠與冷凍干燥法制備納米2粉體，并對其進(jìn)行表征，結(jié)果發(fā)現(xiàn)得到分散性好、粒徑小和光催化性能好的粉體；吳寧等用報(bào)道了結(jié)合溶膠一凝膠法和靜電紡絲工藝，制備了聚醋酸乙烯酯2：雜化納米纖維，經(jīng)的焙燒后得到2納米纖維，并對其成分、晶型、形貌進(jìn)行了表征，對

7、其紫外透射率進(jìn)行了測試。1.3液相水解法 液相水解法是以或?yàn)樵?，配制成一定濃度后，加入堿溶液進(jìn)行中和水解，形成的水合物經(jīng)解聚、洗滌、干燥和煅燒處理后得到不同晶型的納米2。產(chǎn)品。這種方法原料范圍廣，產(chǎn)品的成本較低，不過工藝路線長，自動化程度較低，可控難度較大。張?zhí)煊钪﹫?bào)道了以和正辛醇為原料，通過液相水解法制備出粒徑較小、分散性較好的納米：第期鄖海麗常永芳：納米的制備及其在環(huán)保涂料方面的研究進(jìn)展粉體，并對其特性的影響因素（煅燒溫度、煅燒時間、濃度、水解溫度）進(jìn)行探討；張娜報(bào)導(dǎo)了采用水解法生成2處理織物，結(jié)果表明，處理后的織物的導(dǎo)熱系數(shù)都有顯著提高；劉忠士報(bào)道了將微波加熱法引入2的水解反應(yīng)中，比較

8、了傳統(tǒng)加熱和微波加熱對水解產(chǎn)生2粒子的粒度形貌和晶型的影響，實(shí)驗(yàn)顯示，微波加熱制得的2粒子分散性更好，粒徑更小，金紅石晶型含量更高。Ryoo首次用MCM-48為模板合成了介孔碳材料(CMK-1)。由于MCM-48具有兩套不相連通的孔道組成，這些孔道將變成碳材料的固體部分，而MCM-48中氧化硅部分則會變成碳材料的孔道。因此CMK-1并不是MCM-48真正的復(fù)制品，而是其反轉(zhuǎn)品。在脫除MCM-48的氧化硅過程中，其結(jié)晶學(xué)對稱性下降4 ，后續(xù)的研究表明與所用的碳前驅(qū)物有關(guān)，其中一個具有對稱性5。1.4沉淀法沉淀法一般以或（）等無機(jī)鈦鹽為原料，將堿性物質(zhì)加入到鈦鹽溶液中，生成不溶性的（）沉淀，將沉淀

9、過濾、洗滌、干燥、煅燒得到納米2。該方法制備納米2操作簡單、重現(xiàn)性好、粒徑可控、性能穩(wěn)定。張汝冰叮報(bào)道了采用均勻沉淀法以偏鈦酸為原料制備納米2，所制得的納米微晶平均粒徑為，并能在保持銳鈦礦型晶體結(jié)構(gòu)，并具有較好的催化活性；李牧?幻介紹了以硫酸法制備中間產(chǎn)物為原料，尿素為沉淀劑，用均勻沉淀法及煅燒工藝，制備納米金紅石型2粒子，該設(shè)備工藝成本低、操作簡單、產(chǎn)品質(zhì)量好，易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化；劉平安等報(bào)道了采用微波加熱均勻沉淀法，以鈦液為原料，尿素為沉淀劑制備銳鈦型的納米2。，并對其晶體結(jié)構(gòu)和形貌進(jìn)行表征，分析微波功率、微波輻射的連續(xù)性以及尿素配比對2粒子的影響，實(shí)驗(yàn)表明，微波功率越大、連續(xù)性越高、尿素配比

10、越大，收率越高，但粒徑變化不明顯。使用SBA一15合成六方的介孔碳(CMK一3)，由于二維孔道的SBA一15孔壁上有微孔，因也可以用作復(fù)制穩(wěn)定結(jié)構(gòu)介孔碳的硬模板。CMK一3是碳前驅(qū)物完全充滿SBA一15的孔道而形成的具有二維六角排列的碳納米棒陣列。如果模板是二維孔道的McM一41，由于其直孔道相互沒有連通，則在除去模板的過程中，介孔碳的結(jié)構(gòu)會發(fā)生坍塌，因此得到的碳材料為無序的碳棒(柱)的堆積。1.5名故蕁液法 微乳液法是近幾年發(fā)展起來較為流行的制備納米的方法，它是以不溶于水的非極性物質(zhì)為分散介質(zhì)，以不同于反應(yīng)物的水溶液為分散相，以適當(dāng)?shù)谋砻婊钚詣槿榛瘎?，形成微乳液，由于微乳液能對納米材料的粒

11、徑和穩(wěn)定性進(jìn)行精確控制，限制了納米粒子的成核、生長、聚結(jié)、團(tuán)聚等過程。用微乳液法制備納米微粒具有操作簡單、易于控制、粒徑較小且均勻、粒子分散性好、光催化性能好等特點(diǎn)，但這種方法消耗的試劑多，成本較高。牛新書等以為原料，在正丁醇環(huán)己烷水組成的微乳體系中合成了納米，制得的2微粒具有良好的光催化氧化性能；益幗報(bào)導(dǎo)了以為原料，在正戊醇環(huán)己烷水（溶液）組成的反相微乳液體系中制備納米2，并對其進(jìn)行表征，結(jié)果表明，當(dāng)體系含水量較高時，產(chǎn)物粒度較小且分布均勻，適當(dāng)陳化可使產(chǎn)物粒度變小，分布變窄：范金山報(bào)道了以為原料，在以陰離子表面活性劑十六烷基三甲基溴化胺為主的微乳體系中合成了納米2，并對其光催化降解率進(jìn)行實(shí)

12、驗(yàn)，結(jié)果顯示，在內(nèi)對羅丹明的光催化降解率可達(dá)以上。納米在環(huán)保涂料中的應(yīng)用2.1抗菌殺菌作用 納米2。的殺菌作用是利用光催化作用產(chǎn)生的空穴和形成于表面的活性氧類與細(xì)菌細(xì)胞或細(xì)胞內(nèi)的組成成分進(jìn)行生化反應(yīng)從而導(dǎo)致細(xì)菌死亡，與常用殺菌劑相比，殺菌效果迅速，能徹底殺滅細(xì)菌。用納米的光催化性能不僅能殺死環(huán)境中的細(xì)菌，而且能同時降解細(xì)菌釋放出的有毒復(fù)合物。才紅報(bào)道了采用物理摻合黼備苯丙乳液復(fù)合內(nèi)墻涂料，并對其性能進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，改性后的有機(jī)一無機(jī)復(fù)合內(nèi)墻涂料對混合菌的抑菌效果最為顯著，而且自清潔性能和負(fù)離子釋放能力也較好；徐瑞芬報(bào)導(dǎo)了將實(shí)驗(yàn)自制的抗茵納米2添加于苯一丙乳液制成抗菌涂料，殺菌測試結(jié)果表明

13、，該抗菌涂料對金黃色葡萄球菌、大腸桿菌、枯草芽孢的殺菌率均達(dá)到以上。2.2空氣凈化作用 納米作為空氣凈化材料可有效地降解室內(nèi)居室裝飾產(chǎn)生的氨氣、甲醛、苯類化合物等有害氣體，它通過光催化作用將吸附于表面的這些物質(zhì)分解氧化，從而使空氣中這類有害物質(zhì)的濃度降低，凈化室內(nèi)空氣，減輕或消除因這些有害氣體引起的不適。徐瑞芬報(bào)道研究了納米光催化劑復(fù)合涂料降解氨氣、甲醛和苯類化合物及抗菌防霉的性能，結(jié)果表明，該涂料對甲醛、氨氣和苯類化合物的降解效率均可達(dá)到以上，對多種有害細(xì)菌具有殺菌徹底性和長效性；耿啟金報(bào)道了利用高速分散技術(shù)制備納米。改性多功能建筑涂料，并對其性能進(jìn)行測試，結(jié)果表明該涂料對低濃度氣態(tài)污染物氨

14、和甲醛具有較高的降解率，且降解為無害的小分子物質(zhì)；劉永屏報(bào)道了利用納米：改性內(nèi)墻生態(tài)涂料，不僅提高了涂料原有的性能，并且具有優(yōu)異的凈化空氣、殺菌抑菌等功能，也能對居室裝飾帶來的有害氣體污染起到改善作用。2.3抗老化作用抗老化性能是涂料的一項(xiàng)重要性能。材料的老化是多方面的，包括紫外線老化、熱老化、臭氧老化和化學(xué)老化等。其中紫外線是最重要的因素，長期的紫外帆鈦線照射會使涂料老化、變質(zhì)、失去防腐能力，而納米水解法處理對織物導(dǎo)熱性能影響的線具有較好的屏蔽佩因而能提高涂料的抗老化性能。陽露波測試了紫外線吸收劑和經(jīng)過無機(jī)、有機(jī)均勻沉淀法制備納米。及其在環(huán)保方處理后的金紅石納米對涂料綜合性能的影響，結(jié)果表明

15、，在涂料中添加適量的金紅石納米可以提高其抗老化力學(xué)性能指標(biāo)。并對其包敷處理后的外墻乳膠漆性能進(jìn)行測試，結(jié)果表明，用該納微乳液法制各納米二氧化鈦及其納米改性后的外墻乳膠漆的耐擦洗性和抗老化性催化活性對金紅石納米用于防腐涂料。納米粉體及其光催化性能研究。人制備的納米復(fù)合涂料，能有效阻止基體樹脂的氧化，延長涂料使用壽命，提高涂料防腐性能。2.4介孔氧化硅模板合成有序介孔碳材料自從1992年美孚公司的科學(xué)家采用有機(jī)表面活性劑為模板合成M4lS 介孔SiO2以來，各種有機(jī)表面活性劑，包括中性胺表面活性劑、聚氧化乙烯表面活性劑(PEO)嵌段共聚物表面活性等均被采用作為模板，合成高比表面積、孔徑均一的介孔S

16、iO2。其中部分具有三維交叉孔道結(jié)構(gòu)的介孔SiO2材料，如MCM-48、S B A-1、S B A-15 等可成功地用于合成介孔碳分子篩。選用不同結(jié)構(gòu)的介孔SiO2為模板，可以合成得到不同結(jié)構(gòu)的介孔碳材料。2.5正戊皖發(fā)泡法制備多孔碳泡沫材料碳泡沫是一種以碳原子為骨架，碳原子之間相互連接形成多孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的輕質(zhì)固體炭材料。這種新型的功能材料具有高開孔率、高比表面積、耐高溫、耐腐蝕、低密度、優(yōu)良的吸附性、較低的熱膨脹系數(shù)以及良好的抗壓性等一系列獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的物理性質(zhì)，尤顯突出的它具有極其優(yōu)異的導(dǎo)熱性能(比熱傳導(dǎo)率可達(dá)銅的數(shù)倍)。因此，碳泡沫在微電子領(lǐng)域如電池電極、超級電容器，熱導(dǎo)與熱控材料領(lǐng)域

17、，微波吸收材料方面均有著廣泛的應(yīng)用前景。選擇以間苯二酚和甲醛為原料，碳酸鈾為催化劑合成的具有一定粘度的酚醛樹脂為前驅(qū)體，正戊烷為發(fā)泡劑，吐溫80為勻泡劑，采用常壓物理發(fā)泡技術(shù)制得了碳泡沫。研究結(jié)果表明，所得碳泡沫是一種具有多孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的輕質(zhì)固體炭材料，依據(jù)制備條件的不同，其密度在0.08-0.20g.cm-3之間。當(dāng)控制前驅(qū)體酚醛樹脂的粘度約為300mPa.s，發(fā)泡劑的用量為V (正戊烷):V(酚醛樹脂)=0.25，以及勻泡劑的用量為V(吐溫80):V(酚醛樹脂)=0.10時，可以制備出孔洞互相連通、韌帶和接點(diǎn)(韌帶連接處)完好的具有良好結(jié)構(gòu)的碳泡沫8。2.6硅藻土為模板糠醇為碳源制備多孔炭模

18、板法是一種通過對模板的“復(fù)制”，制備出具有和模板結(jié)構(gòu)相似材料的方法。在多孔孔炭的制備中，模板法得到了廣泛的應(yīng)用9。 為了得到結(jié)構(gòu)或性能新穎的多孔炭，研究人員往往采用具有規(guī)則孔結(jié)構(gòu)的硅質(zhì)多孔材料(如MCM-41)為模板。 但是，多孔硅質(zhì)材料的制備是材料研究的成果較新，工藝復(fù)雜，價格昂貴，以此為模板制備的炭材料價格更高。使用天然的多孔礦物為模板，來制備多孔炭材料，降低了材料成本，可使材料具有一定的商業(yè)價值10。硅藻土是一種具有孔隙率大、堆密度小、多開孔、孔徑較大等特點(diǎn)的多孔礦，硅藻土的孔徑分布比較窄，一般為50-800nm11，是一種可以選擇的模板材料。以天然硅藻土為模板，糠醇為碳源，通過模板法能

19、制備了多孔炭材料。N2吸附研究表明，此多孔炭的比表面積為542m2/g，中孔率可達(dá)54.7%，是一種既有微孔，同時也富含中大孔的多孔材料。將5g硅藻土放入錐形瓶中，加入20mL糠醇(化學(xué)純), 震蕩4h。震蕩后將樣品過濾，把固體部分放入蒸發(fā)皿，在100下加熱2h, 然后把溫度提高到150保溫2h, 使糠醇聚合和固化。之后將樣品放入管式氣氛爐中，在氮?dú)獗Ｗo(hù)氣氛下，以5/min的速度將溫度升高到800，保溫4h，進(jìn)行炭化，得到炭/模板的混合物。將炭/模板混合物放入聚四氟乙烯容器，用氫氟酸、鹽酸反復(fù)清洗，去除混合物中的模板，最后用去離子水清洗、過濾，在空氣中150下干燥，就得到所制備的炭。3新型多孔

20、碳材料 碳化物骨架碳3.1碳化物骨架碳 碳化物骨架碳是近年來開發(fā)的一種具有納米結(jié)構(gòu)的新型多孔碳骨架材料。該材料以多種碳化物為前驅(qū)體，在150-1 650用鹵素、超臨界水蒸氣或刻蝕劑于低壓或真空下將碳化物中的非碳原子移出，在原子水平調(diào)控碳化物骨架碳結(jié)構(gòu)。該材料具有成本低、比表面積大、孔徑分布窄且精確可調(diào)等特點(diǎn)。碳化物骨架碳作為制備四氯化硅的副產(chǎn)物，其制備原理如下。SiC + 2Cl2= SiCl4 + C在1 000或更高的溫度下，干燥的氯氣與碳化硅在高溫電阻爐中反應(yīng)，產(chǎn)生的四氯化硅氣體從出口進(jìn)入冷凝器中，剩余的碳轉(zhuǎn)化為石墨?；锕羌芴甲鳛橹苽浣饘俾然锏母碑a(chǎn)物，研究者認(rèn)為其只是在反應(yīng)器中燃燒,

21、轉(zhuǎn)化成一氧化碳或二氧化碳以提高金屬氯化物的產(chǎn)率，并沒有考慮其應(yīng)用。Mohun12認(rèn)為碳化物骨架碳是“第四種無定形碳”，其余三種分別為“硬碳、軟碳、炭黑”。為了便于與有機(jī)物碳相區(qū)分，碳化物骨架碳又被稱為“礦物碳”。 目前的碳化物骨架碳是以碳化物為前驅(qū)體，在1150-1650用鹵素、超臨界水蒸氣或其他的刻蝕劑于低壓或真空下將碳化物中的非碳原子移出，在原子水平上調(diào)控碳化物骨架碳結(jié)構(gòu)。該材料具有成本低、比表面積大、孔徑分布窄且精確可調(diào)等優(yōu)點(diǎn)。除此之外碳化物骨架碳中含有多種形態(tài)的碳結(jié)構(gòu)，例如：無定形碳、石墨、多壁碳納米管、類富勒烯碳、洋蔥碳和類金剛石碳等。3.2 碳化物骨架碳的制備 以不同的碳化物為前驅(qū)

22、體，采用鹵素、鹵素化合物、超臨界水蒸氣等不同的刻蝕劑，在1500-1650與碳化物反應(yīng)制備多孔的納米骨架碳材料，其中以氯氣作為刻蝕劑應(yīng)用最多。其反應(yīng)如下：MaCb +(ac/2)Cl2(g) =bC(s) +aMClc(g)其中MaCb 為：SiC、TiC、ZrC、V2C、NbC、Nb2C、TaC、Ta2C、Cr3C2 、Mo2C、MoC、W2C、WC、BaC2 、CaC2 、SrC2 、Al4C3 、B4C、Fe3C等?？涛g劑為：F2 、Cl2 、Br2 、I2 、HF、CCl4 、CHCl3 、Cl2-H2 、Cl2-HCl、H2O等。 根據(jù)碳化物的性質(zhì)不同，反應(yīng)溫度從150(ZrCZrN

23、)到1650(SiC)。反應(yīng)結(jié)束后，碳化物骨架碳孔中殘留有氯氣和氯化物。Mohum13將碳化物骨架碳在密閉空氣、氮?dú)?、水蒸氣、二氧化碳或真空中加熱，或用各種洗滌劑除去殘留在碳孔中的氯氣，在此過程中殘留的氯化物也可以一并除去。 以Ti3SiC214為前驅(qū)體制備碳化物骨架碳，所得產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與氯化溫度有關(guān)。在較低的溫度下生成的碳化物骨架碳為無定形結(jié)構(gòu)，800 具有明顯的石墨結(jié)構(gòu)，在1 200的高溫下出現(xiàn)1-3nm的規(guī)則帶狀石墨結(jié)構(gòu)，反應(yīng)過程中Ti3SiC2 的孔容和形狀保存下來，并且可精確控制孔徑為015-018nm。 以Ti2AlC15制備碳化物骨架碳的溫度為4001200，低溫下得到的碳化物骨架碳

24、為無定形結(jié)構(gòu)，但已出現(xiàn)明顯的石墨帶，溫度升至1000時石墨帶加寬。吸附試驗(yàn)顯示在400時碳化物骨架碳孔徑分布在0.142.10nm，當(dāng)升溫至800以上，得到的碳化物骨架碳為微孔和中孔混合結(jié)構(gòu)，孔徑分布在0.1357.10nm，理論密度為0.137gcm- 3。 以Fe3C16制備石墨材料引起人們的關(guān)注。使用Fe3C可在600的溫度下合成相當(dāng)規(guī)則的石墨。產(chǎn)物碳化物骨架碳可以分為3種類型：低于500時為無定形結(jié)構(gòu)；在600-1 100時生成規(guī)則的石墨微晶；在Fe/Fe3C的共熔點(diǎn)1130時，大量的石墨晶體以液態(tài)方式生成。 以金屬碳化ZrC0.98 17為前驅(qū)體合成碳化物骨架碳溫度范圍為200-12

25、00。隨著氯化溫度的升高，形成的碳化物骨架碳結(jié)構(gòu)逐漸規(guī)則。溫度范圍為300-600時孔徑很小，分布窄；在800-1200范圍內(nèi)孔徑和分布變寬。ZrC為非化學(xué)計(jì)量化合物ZrC-ZrC0.99，該化合物Zr原子在0.2349nm處被6個C原子包圍，理論孔容為0.186m3g- 1(孔隙率66%) 。低溫下碳化物骨架碳孔徑為0.5nm。600以上微孔的孔容變化較小，但中孔孔容從0.04 m3g- 1到0.46m3g- 1變化較大。 TiC可在200-1200與氯氣反應(yīng)制備碳化物骨架碳18，在整個溫度范圍都能得到高度規(guī)則結(jié)構(gòu)。高溫有助于形成石墨帶。XRD測試結(jié)果顯示，TiC2碳化物骨架碳中CC之間多為

26、sp2。較低溫度下制備的碳化物骨架碳孔徑小且分布窄；800以上孔徑變大；600 800制備的碳化物骨架碳可用于儲存多種氣體。 SiC質(zhì)地極硬，在較高的溫度下可與Cl2 反應(yīng)。也可用F2 、Cl2 、Br2 、I2 、HF、CCl4 、CHCl3 等作為刻蝕劑，所得的碳化物骨架碳機(jī)械性能有差異。在SiC表面形成一層碳化物骨架碳薄膜可以改善SiC的耐磨損性能。 B4C粉末密度為2.53gcm- 3，純度為9.14 %。以B4C為前驅(qū)體，反應(yīng)溫度為6001200得到的碳化物骨架碳具有較多的中孔結(jié)構(gòu)。隨著反應(yīng)溫度增加，孔徑變大：在低溫下孔徑為1nm，含有部分2.5nm的中孔；600時含有大量的微孔而使

27、總孔容增加；1000以上孔徑進(jìn)一步增加，孔徑分布變寬。比表面積在800時最大，為1800m2g- 1。3.3 碳化物骨架碳的性質(zhì) 不同的碳化物和制備溫度使碳化物骨架碳的結(jié)構(gòu)多樣化。在較低的溫度下多生成無定形碳，隨著溫度升高碳化物骨架碳趨向形成規(guī)則的石墨結(jié)構(gòu)。碳化物骨架碳以多種碳化物為前驅(qū)體，用氯氣等多種刻蝕劑將非碳原子層層移除，剩下的碳骨架還保留原來前驅(qū)體的結(jié)構(gòu)，生成的納米孔的大小、形狀各異。將碳化物骨架碳進(jìn)行水蒸氣或其它方法活化，孔隙率增加。碳化物骨架碳可以從原子水平調(diào)控碳材料的顯微結(jié)構(gòu)，具有較大的比表面積。碳化物骨架碳孔徑與比表面積通常具有相同的變化趨勢。在較低的合成溫度下，全部生成由微孔

28、組成的無定形碳。前驅(qū)體的結(jié)構(gòu)決定了碳化物骨架碳的多孔結(jié)構(gòu)。隨著反應(yīng)溫度的增加，部分原子獲得足夠的能量發(fā)生移動以達(dá)到更穩(wěn)定的狀態(tài)。低溫下趨向于形成亞穩(wěn)態(tài)的無定形碳化物骨架碳和富勒烯結(jié)構(gòu)，增加反應(yīng)溫度使亞穩(wěn)態(tài)逐漸向穩(wěn)定的石墨結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移，同時比表面積、孔徑變大。3.4 聚丙烯腈基活性炭纖維對羅丹明B 吸附性能研究染料因成本低性質(zhì)穩(wěn)定品種多等優(yōu)點(diǎn)廣泛應(yīng)用于紡織造紙制藥和食品等工業(yè)，而在這些工業(yè)生產(chǎn)過程中大量的染料隨廢水排入環(huán)境。染料能降低水體透光量，從而會影響生物的光合作用，大部分染料還具有復(fù)雜的芳環(huán)結(jié)構(gòu)而難以降解，其中某些染料具有強(qiáng)烈的致癌、致畸、致突變效應(yīng)19。目前，染料廢水的處理方法主要有光催化氧

29、化法20-21、溶劑萃取法22、傳統(tǒng)生物法23-24、膜分離技術(shù)25、電化學(xué)法26和吸附法26-28等。其中吸附法因具有效率高成本低易操作等優(yōu)點(diǎn)，而被認(rèn)為優(yōu)于其他處理技術(shù)?；钚蕴坷w維（ACFs）是一種高效活性吸附材料，其具有比表面積大微孔結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)孔徑小且分布窄吸附量大吸脫附速度快再生容易29等特點(diǎn)，引起了人們廣泛的關(guān)注。 聚丙烯腈基活性炭纖維在中性條件下，羅丹明B 的去除率最低，PH=2.0時達(dá)到最大；溫度為55時，ACFs的吸附效果最好；羅丹明B 的去除率隨著羅丹明B初始濃度增大而減小。活性炭纖維（ACFs）是一種高效活性吸附材料，其具有比表面積大微孔結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)孔徑小且分布窄吸附量大吸脫附速度

30、快再生容易等特點(diǎn)。我們認(rèn)為ACFs對羅丹明B的吸附機(jī)理主要有三個：（1）陰陽離子靜電吸引力；（2）酸堿中和作用；（3）微孔吸附作用。逐漸減小當(dāng)ph 為2的時候，羅丹明B 的去除率達(dá)到95.54，隨著ph的增加，去除率在，當(dāng)ph 為7 時，去除率降到70.2，之后隨著ph 值的增加去除率又有所增加。 主要是由于在酸性環(huán)境下，ACFs的表面帶有很多酸性基團(tuán)，易于與堿性染料結(jié)合，酸堿中和作用力大于靜電吸引力，從而羅丹明B 易于被吸附；在中性條件下，酸堿中和吸附作用和靜電吸引力都較弱，吸附主要靠ACFs 表面的微孔作用，所以去除率較低；而在堿性環(huán)境下，ACFs表面的羥基會明顯增多，使其表面呈現(xiàn)負(fù)電荷，

31、羅丹明 B帶正電，這時靜電吸引力吸附作用占主導(dǎo)地位，吸附率又有所增加。羅丹明B的去除率隨著羅丹明B 初始濃度的增加而減小，當(dāng)初始濃度為2mg/L 時，脫除效率達(dá)到100，然后隨著初始濃度的增加，脫除效率有所降低，當(dāng)初始濃度增加到20mg/L 時，脫除效率達(dá)到 75.66。主要是由于隨著初始羅丹明B 濃度逐漸增加，吸附活性開始減小，而且ACFs表面由于吸附更多的陽離子，其表面的負(fù)電荷逐漸降低，對羅丹明 的吸附能力減弱，雖然會繼續(xù)吸附羅丹明 B，但是吸附效率會降低。3.5中空活性炭對氮?dú)獾奈綒怏w在固體表面上的物理吸附一直是化工生產(chǎn)、環(huán)保事業(yè)和接觸催化動力學(xué)研究的重要課題。1938年Brunaue

32、r、Emmett 和Teller三人提出了多分子層吸附理論BET吸附等溫式,基本上可以描述、三種類型的等溫吸附規(guī)律, 至今仍被學(xué)術(shù)界普遍接受和采用。但是，BET多分子層吸附理論沒有考慮到固體表面的不均勻性，當(dāng)氣體相對壓強(qiáng)較小時，固體表面的不均勻性對吸附的影響相當(dāng)突出，而當(dāng)相對壓強(qiáng)較大時，毛細(xì)孔凝聚作用又變得顯著起來，從而嚴(yán)重偏離了多層物理吸附規(guī)律，這就導(dǎo)致了在相對壓強(qiáng)較小與較大的吸附條件下，BET吸附理論無法描述、兩種類型吸附等溫線?？紤]固體表面的不均勻性和被吸附氣體分子之間相互作用對吸附的影響是近代吸附理論要解決的重要課題。近年來陸續(xù)有關(guān)于分子之間相互作用對吸附的影響的研究論文報(bào)道30-34

33、。3.6多孔性固體的毛細(xì)孔凝聚作用 絕大多數(shù)吸附劑是多孔性的，除部分微孔吸附劑(r2nm)，因其孔徑與被吸附分子的大小相當(dāng)而不發(fā)生毛細(xì)孔凝聚作用外，在中等的相對壓強(qiáng)附近都會發(fā)生毛細(xì)孔凝聚現(xiàn)象，在飽和蒸氣壓附近時，吸附等溫線漸趨水平，表現(xiàn)出第和第兩種吸附等溫線類型。隨著孔徑分布的不同，發(fā)生毛細(xì)孔凝聚作用的相對壓強(qiáng)不一樣，這是因?yàn)閺澢好嫦乱后w飽和蒸汽壓與彎曲液面的曲率半徑有關(guān)35,36。毛細(xì)孔半徑愈小，能發(fā)生凝聚的蒸汽壓也就愈低。在平衡壓強(qiáng)較低的情況下，固體表面上已經(jīng)吸附了一層或一層以上的吸附質(zhì)分子，毛細(xì)孔表面基本上已被吸附質(zhì)分子鋪滿。當(dāng)平衡壓強(qiáng)大于時，在相應(yīng)的毛細(xì)孔彎曲面上就產(chǎn)生被吸附氣體的凝

34、聚。所以，當(dāng)吸附劑含有一系列各種不同大小孔徑的毛細(xì)孔時，則隨著體系平衡壓強(qiáng)的增加，吸附劑上的毛細(xì)孔將由小到大逐步被凝聚液填滿，吸附量就隨之急速增加，表現(xiàn)為吸附等溫線迅速上升。3.7 中孔活性炭的等溫吸附 中孔活性炭含有大量的、各種大小不同的毛細(xì)孔，其孔徑分布在2-100nm之間，它們既是吸附質(zhì)分子進(jìn)入的通道，也是吸附質(zhì)分子發(fā)生凝聚的場所，中孔活性炭對氣體的吸附具有第和第類吸附的特征。隨著相對壓強(qiáng)的增大，氣體在活性炭表面由小孔到大孔逐步進(jìn)行凝聚，其吸附量也迅速地增加。參考文獻(xiàn): 1 楊全紅, 鄭經(jīng)堂, 王茂章. 微孔炭的納米結(jié)構(gòu)和微表面結(jié)構(gòu). 科學(xué)學(xué)報(bào), 1990, 6(3): 16-19.2

35、Kruk M, Jaroniec M, Ryoo R. Characterization of ordered mesoporous carbons synthesized using MCM-48 silicas as templates. Phys Chem B., 2000, 2(104): 7960-7968.3 Lee J, Yoon B, Yeon T. Synthesis of a mesoporous carbon and its application to electrochemical double-layer capacitors. Chem Commun., 1999

36、, 5(107): 2177-2178.4 Ryoo R, Joo S H, Jun S. Synthesis of highly ordered carbon molecular sieves via template-mediated structural transformation. Phys Chem B., 1999, 3(103): 7743-7746.5 Kaneda M, Tsubakiyama T, Caflsson A. Structural study of mesoporous MCM-48 and carbon network synthesized in the

37、spaces of MCM-48 by electron crystallography. Phys Chem B., 2002, 6(106): 1256-1266.6 Joo S H, Choi S J, 0h J. Ordered nanoporous arrays of carbon supporting high dispersions of platinum nanoparticles. Nature, 2001, 5(412): 169-172.7 Zhang W H, Liang C H, Sun H J. Synthesis of ordered mesoporous car

38、bons composed of nanotubes via catalytic chemical vapor deposition. Adv Mater, 20l2, 14: 1776-1778.8 Raley C F J, Asher D R. Process for preparing macroporous open-cell carbon foam from normallycrystalline vinylidene. chloride polymer. US, 3960770, 1976-06-01.9 Ryong R, Sang H J, Michal K. Ordered M

39、esoporous Carbons. Advanced Materials, 2001, 13(9): 677-681.10 Kyotani T, Ma Z X, Tomita A. Template synthesis of novel porous carbons using various types of zeolites. Carbon, 2003, 2(41): 1451-1459.11 木土春. 我國微米級無機(jī)多孔非金屬礦及其應(yīng)用. 高校地質(zhì)學(xué)報(bào), 2000, 6(2): 340- 344.12 Mohun W A. Proc. The research of carburet

40、framework carbon. Science and Technology, 2005, 10(6): 699-703.13 Nikitin A, Gogotsi Y. The making of carburet framework carbon. Enc-yclopedia of Nanoscience and Nanotechnology, 2004, 7(3): 553-574.14 Yushin G N, Hoffman E N, Nikitin A. The research of carburet framework carbon. Carbon, 2005, (43):

41、2075-2082.15 Hoffman E N, Yushin G N, Barsoum M W. The making of carburet framework carbon. Chem Mater, 2005, (17): 2317-2322.16 Dimovski S, Nikitin A, Ye H H. The carburet framework carbon. Journal of Materials Chemistry , 2004, (14): 238 -243.17 Dash R K, Yushin G, Gogotsi Y. Microporous and Mesop

42、orous Materials, 2005, (86): 50 -57.18 Dash R, Chmiola J, Yushin G. The chlorine gas makes carburet framework carbon. Carbon, 2006, 44(12): 2489-2497.19 李家珍. 染料染色工業(yè)廢水處理. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社, 2001: 55.20 蘇瑩瑩, 于艷卿, 楊沛珊. 納米TiO2/硅藻土光催化降解蒽醌染料廢水的研究. 中國環(huán)境科學(xué), 2009, 29(11): 1171-1176.21 Oh W C, Zhang F J, Chen M L. Characterization and relative photon-ic efficien