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介孔碳材料是近年来发现的一种新型非硅基介孔材料,以其特有的性质与结构为介孔材料的研究和应用开辟了新的领域。在催化、吸附、分离、储氢、电化学等方面展现了很好的应用前景。
本文首先采用水热法合成了纯硅基介孔材料SBA-15,然后以合成的SBA-15为模板,蔗糖为碳源,采用硬模板法制备了介孔碳CMK-3。通过X射线粉末衍射(XRD),N2吸附-脱附,傅里叶变换红外(FT-IR),透射电子显微镜(TEM),综合热分析(TG-DSC)等手段对样品进行了表征,并以亚甲基蓝和重金属Cd2+为模拟污染物研究了CMK-3的吸附性能,对其吸附热力学和动力学进行了研究。结果表明:合成的CMK-3具有大的比表面积和规则排列的二维六方孔道结构,是SBA-15良好的反相复制品。CMK-3对亚甲基蓝和Cd2+都有极好的吸附效果,其吸附过程可以自发进行且为放热过程,可以由准二级动力学方程来解释。
其次,以合成的CMK-3为原料,采用溶胶-凝胶法制备了不同CMK-3含量的CMK-3/TiO2复合材料。对合成的样品进行了表征,并以亚甲基蓝为模型降解物,分别研究了其在紫外光和可见光下的光催化性能,并对其光催化降解动力学进行了探讨。结果表明:复合样品的光吸收带边发生明显“红移”,在紫外-可见光区域的光吸收范围增大;介孔碳CMK-3的掺杂量分别为lwt%、5wt%且热处理温度为450℃时,在紫外光和可见光下的光催化降解性能最好;制备的复合样品经4次重复使用后仍保持较高的光催化活性。紫外光和可见光下亚甲基蓝的光催化反应均为假一级反应,反应动力学符合L-H方程。
最后,在前期合成SBA-15经验的基础上,以FeCl3·6H2O为原料,在弱酸性条件下采用直接合成法合成了不同Fe含量的Fe-SBA-15,对合成的样品进行了表征及热稳定性和水热稳定性测试。结果表明,Fe已经进入孔道内部。合成的Fe-SBA-15样品具有良好的热稳定性和水热稳定性,且Si/Fe摩尔比等于20时样品的热稳定性及水热稳定性最好。