腐植酸基铁碳复合材料制备与应用研究

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碳材料因其中碳原子电子排列、键和方式的不同而具有多重结构以及非同一般的性质,因此在诸多领域得到广泛的应用。碳复合材料改善了单一碳材料的纯度低、性能差的缺点而使碳材料应用更加广泛,尤其在染料废水处理方面。以来源广泛、成本低廉的腐植酸(HA)和多价态铁盐(SF)为原材料,采用高温固态氧化还原法制备得到新型碳复合材料—腐植酸基铁碳复合材料(Fe-C/HA)。以水溶液中刚果红(CR)的去除率为评价指标,探讨了不同反应温度、升温速率、反应时间、HA和SF质量比条件下制备得到的Fe-C/HA对CR的吸附性能的影响规律,确定了最佳制备工艺条件。采用SEM、TEM、FT-IR、XRD、BET、TG-DSC、XPS、Raman等表征手段对Fe-C/HA进行组成和结构的表征分析,探讨了Fe-C/HA用量、温度、pH值对CR吸附性能的影响规律,确定了最佳的吸附条件并对吸附过程的动力学、热力学进行了分析,对Fe-C/HA去除水溶液中CR机理进行了研究。结果表明Fe-C/HA的最佳制备条件为反应温度为300℃、升温速率为3℃/min、反应时间为3 h、HA和SF质量比为1:2。Fe-C/HA具有以羟桥和氧桥连接的交联的层状聚合铁网状结构,采用BET研究发现其比表面积为59 m~2/g,孔体积为0.15 cm~3/g,孔径分布在3.8 nm左右。采用TG-DSC研究了Fe-C/HA的热解行为,研究表明Fe-C/HA热稳定性比HA好,在350℃下不分解。对Fe-C/HA的吸附行为研究表明,最佳吸附条件为在100 mL的100 mg/L的CR水溶液Fe-C/HA用量15 mg、温度40℃、pH值为5。Fe-C/HA对CR的吸附过程分两个阶段。在第一吸附阶段,CR去除率为75.0%,吸附符合准二级动力学模型和Langmuir等温吸附模型,属于单分子层化学吸附,热力学计算证明常温下吸附是自发放热过程;在第二吸附阶段Fe-C/HA对CR的去除率达到100.0%,吸附过程符合准二级动力学模型,属于化学吸附。图38幅;表13个;参69篇。
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