硅胶碳复合材料的合成及其对有机染料吸附性能的研究【字数：9814】
摘 要以氨水为催化剂，对二苯酚和甲醛在硅胶表面缩聚得到硅胶/碳复合材料（SG@C）。碳包覆硅胶相对于硅胶具有更大的孔径和比表面积，同时具有很好的疏水性能，对有机物处理的选择性更强，对染料废水的处理效果更好。本研究以SG@C为吸附剂，重点研究其对染料废水中甲基橙的吸附效果，探讨了吸附时间、吸附剂的用量、溶液pH值、吸附温度、碳包覆量和光照等因素对吸附效果的影响，分析了SG@C对甲基橙的吸附动力学和吸附等温线，结果表明，该吸附过程动力学符合准二级动力学模型，以化学吸附为主，颗粒外扩散是吸附过程的决定步骤，SG@C对甲基橙的吸附为表面吸附；该吸附过程是个放热过程；吸附等温线符合Langmuir模型，为单分子层吸附，最大吸附量qmax=1.11340mg·g-1。
目 录
1. 引言1
1.1 染料废水的处理方法概述1
1.2 吸附剂简介1
1.2.1 活性炭类吸附剂1
1.2.2 壳聚糖吸附剂2
1.2.3 大孔吸附树脂吸附剂2
1.2.4 硅胶吸附剂2
1.3 酚醛树脂简介3
1.4 研究思路和技术方法3
2. 实验部分4
2.1实验仪器及试剂4
2.1.1 实验仪器4
2.1.2 实验试剂4
2.2 实验原理4
2.3 实验步骤4
2.4 结构表征方式5
2.5吸附实验5
2.5.1吸附动力学实验5
2.5. 2吸附等温线实验 5
2.6 分析方法5
3. 结果与讨论6
3.1 结构表征6
3.1.1傅里叶红外表征（FTIR）6
3.1.2扫描电子显微镜分析（SEM）和EDS能谱分析 6
3.1.3 X衍射（XRD）7
3.2 染料选择7
3.3 标准曲线测定8
3.4 SG@C碳包覆量的选择9
3.5 SG@C用量的选择9
3.6 吸附动力学10
3.6.1吸附速率曲线10
3.6. *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
2准动力学方程10
3.7 吸附等温线12
3.8 SG@C对甲基橙吸附效果的其他影响因素13
3.8.1温度对吸附效果的影响13
3.8.2 pH值对吸附效果的影响14
3.8.3光照对吸附效果的影响15
4. 结论16
参考文献17
致谢19
引言
染料废水处理方法概述
最近几年，随着经济的快速发展和煤、石油、天然气这些传统能源消耗量的快速增加，全球各国人民开始高度关注日益严重的环境污染和资源短缺问题。无可争议，染料废水是众所周知的最难处理的工业废水之一，大量的染料废水是从加工棉麻品、化学纤维和混纺品为主的工厂产生，由于染料废水具有水量大、有机污染物含量高且成分复杂、色度高、难降解、致病性强等特性[13]，大部分相关化学工作者开始高度关注染料废水的处理问题。
目前，混凝沉降法、吸附法、膜分离法、生物法、电化学法和光降解法[38]等是处理染料废水的主要方法，以下简单介绍其中应用较多的几种方法：
混凝沉降法属于化学处理法中的一类，主要应用于染料废水中胶体污染物和细微悬浮物的处理。混凝沉降法主要是通过向染料废水中投加某种化学药剂作为絮凝剂[911]，将染料废水中的小颗粒聚集为大颗粒絮体达到沉淀的效果。絮凝沉降法主要采用无机混凝剂作为絮凝剂，无机混凝剂分为两大类：铝盐和铁盐[12,13]。
膜分离法主要属于物理处理法，原理是利用膜的高渗透选择性来分离染料废水中的污染物，主要是通过超滤和反渗两种方式来处理染料废水[14]。近年来，还研发了壳聚糖超滤膜和多孔碳膜等新型膜材料来应用于染料废水的处理。
吸附法有物理吸附和化学吸附的差别，主要原理是利用多孔性固体物质与染料废水结合，将染料废水中的有机污染物和金属离子集中吸附到多孔性物质的表面，来达到处理染料废水的目的。吸附法在染料废水众多处理方法中别具优势，吸附法吸附回收率较高、耗能较低、处理效率高、操作简单便捷、不产生其他有害物质和能去除痕量物质[15,16]，是一种高效且价廉的染料废水处理方式，较适合大规模的工业应用。
1.2吸附剂简介
吸附法所用的吸附剂的孔容、孔径、孔径分布及比表面积等因素直接影响吸附剂的吸附性能和解析性能，除此之外，吸附剂前驱体各个物质的配比、pH值、吸附时间、吸附温度和光照也是影响吸附材料吸附效果的重要因素。
在吸附中我们常用的吸附材料有硅胶（SG）、活性炭类吸附剂、壳聚糖、吸附树脂和沸石等[5,13,15]。以下对几种吸附剂做简单介绍。
1.2.1 活性炭类吸附剂
活性炭原材料的来源十分广泛，几乎包含自然界中所有富含碳的有机材料，比如煤、木材、果壳、椰子壳和核桃壳等，活性炭是一种经过特殊处理的，具有丰富的孔结构和巨大的比表面积的炭类吸附材料，活性炭吸附能力强、化学稳定性好，它作为一种多孔吸附剂是非晶态结构，是由微晶碳不规则排列而成[17]，其表面还掺杂少量未炭化的氢氧元素和灰分，不同方法处理的活性炭还含有微量的其它无机盐类元素。
活性炭纤维是是活性炭类吸附剂的一种，是一种孔隙在纤维表面的微孔炭，比表面积较大，包含许多有机杂环结构和表面官能团，因此表面能较大，相比于活性炭，活性炭纤维吸附质到达吸附点的扩散路径更短、驱动力大且孔径分布较为集中，使得活性炭纤维比活性炭比表面积大、吸附解吸速率快、吸附效率高。
活性炭类吸附剂能有效去除废水的色度、味道、有机和无机污染物和有毒的重金属，被广泛应用于生活、工业水质的深层净化、气相吸附和各种用途的脱色，是处理染料废水的主要方法之一。
1.2.2 壳聚糖吸附剂
壳聚糖作为一种天然的吸附剂，是甲壳素脱除部分乙酰基得到的，甲壳素在自然界含量较高，因此壳聚糖是一种储量丰富的优良的绿色吸附材料。壳聚糖具有较高的安全性、微生物降解性，含有比较丰富的羟基和胺基官能团，对染料废水中的金属离子和其他有害物质有吸附效果，因此壳聚糖倍广泛应用于水处理、化工和金属提取回收等行业。但壳聚糖的水溶性较差，并且只有表面分子能与重金属离子螯合，因此，壳聚糖作为吸附剂使用时用量较大、化学稳定性低[18]，所以我们在使用时常常将壳聚糖和其他吸附剂混合，制备壳聚糖复合物。
目 录
1. 引言1
1.1 染料废水的处理方法概述1
1.2 吸附剂简介1
1.2.1 活性炭类吸附剂1
1.2.2 壳聚糖吸附剂2
1.2.3 大孔吸附树脂吸附剂2
1.2.4 硅胶吸附剂2
1.3 酚醛树脂简介3
1.4 研究思路和技术方法3
2. 实验部分4
2.1实验仪器及试剂4
2.1.1 实验仪器4
2.1.2 实验试剂4
2.2 实验原理4
2.3 实验步骤4
2.4 结构表征方式5
2.5吸附实验5
2.5.1吸附动力学实验5
2.5. 2吸附等温线实验 5
2.6 分析方法5
3. 结果与讨论6
3.1 结构表征6
3.1.1傅里叶红外表征（FTIR）6
3.1.2扫描电子显微镜分析（SEM）和EDS能谱分析 6
3.1.3 X衍射（XRD）7
3.2 染料选择7
3.3 标准曲线测定8
3.4 SG@C碳包覆量的选择9
3.5 SG@C用量的选择9
3.6 吸附动力学10
3.6.1吸附速率曲线10
3.6. *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
2准动力学方程10
3.7 吸附等温线12
3.8 SG@C对甲基橙吸附效果的其他影响因素13
3.8.1温度对吸附效果的影响13
3.8.2 pH值对吸附效果的影响14
3.8.3光照对吸附效果的影响15
4. 结论16
参考文献17
致谢19
引言
染料废水处理方法概述
最近几年，随着经济的快速发展和煤、石油、天然气这些传统能源消耗量的快速增加，全球各国人民开始高度关注日益严重的环境污染和资源短缺问题。无可争议，染料废水是众所周知的最难处理的工业废水之一，大量的染料废水是从加工棉麻品、化学纤维和混纺品为主的工厂产生，由于染料废水具有水量大、有机污染物含量高且成分复杂、色度高、难降解、致病性强等特性[13]，大部分相关化学工作者开始高度关注染料废水的处理问题。
目前，混凝沉降法、吸附法、膜分离法、生物法、电化学法和光降解法[38]等是处理染料废水的主要方法，以下简单介绍其中应用较多的几种方法：
混凝沉降法属于化学处理法中的一类，主要应用于染料废水中胶体污染物和细微悬浮物的处理。混凝沉降法主要是通过向染料废水中投加某种化学药剂作为絮凝剂[911]，将染料废水中的小颗粒聚集为大颗粒絮体达到沉淀的效果。絮凝沉降法主要采用无机混凝剂作为絮凝剂，无机混凝剂分为两大类：铝盐和铁盐[12,13]。
膜分离法主要属于物理处理法，原理是利用膜的高渗透选择性来分离染料废水中的污染物，主要是通过超滤和反渗两种方式来处理染料废水[14]。近年来，还研发了壳聚糖超滤膜和多孔碳膜等新型膜材料来应用于染料废水的处理。
吸附法有物理吸附和化学吸附的差别，主要原理是利用多孔性固体物质与染料废水结合，将染料废水中的有机污染物和金属离子集中吸附到多孔性物质的表面，来达到处理染料废水的目的。吸附法在染料废水众多处理方法中别具优势，吸附法吸附回收率较高、耗能较低、处理效率高、操作简单便捷、不产生其他有害物质和能去除痕量物质[15,16]，是一种高效且价廉的染料废水处理方式，较适合大规模的工业应用。
1.2吸附剂简介
吸附法所用的吸附剂的孔容、孔径、孔径分布及比表面积等因素直接影响吸附剂的吸附性能和解析性能，除此之外，吸附剂前驱体各个物质的配比、pH值、吸附时间、吸附温度和光照也是影响吸附材料吸附效果的重要因素。
在吸附中我们常用的吸附材料有硅胶（SG）、活性炭类吸附剂、壳聚糖、吸附树脂和沸石等[5,13,15]。以下对几种吸附剂做简单介绍。
1.2.1 活性炭类吸附剂
活性炭原材料的来源十分广泛，几乎包含自然界中所有富含碳的有机材料，比如煤、木材、果壳、椰子壳和核桃壳等，活性炭是一种经过特殊处理的，具有丰富的孔结构和巨大的比表面积的炭类吸附材料，活性炭吸附能力强、化学稳定性好，它作为一种多孔吸附剂是非晶态结构，是由微晶碳不规则排列而成[17]，其表面还掺杂少量未炭化的氢氧元素和灰分，不同方法处理的活性炭还含有微量的其它无机盐类元素。
活性炭纤维是是活性炭类吸附剂的一种，是一种孔隙在纤维表面的微孔炭，比表面积较大，包含许多有机杂环结构和表面官能团，因此表面能较大，相比于活性炭，活性炭纤维吸附质到达吸附点的扩散路径更短、驱动力大且孔径分布较为集中，使得活性炭纤维比活性炭比表面积大、吸附解吸速率快、吸附效率高。
活性炭类吸附剂能有效去除废水的色度、味道、有机和无机污染物和有毒的重金属，被广泛应用于生活、工业水质的深层净化、气相吸附和各种用途的脱色，是处理染料废水的主要方法之一。
1.2.2 壳聚糖吸附剂
壳聚糖作为一种天然的吸附剂，是甲壳素脱除部分乙酰基得到的，甲壳素在自然界含量较高，因此壳聚糖是一种储量丰富的优良的绿色吸附材料。壳聚糖具有较高的安全性、微生物降解性，含有比较丰富的羟基和胺基官能团，对染料废水中的金属离子和其他有害物质有吸附效果，因此壳聚糖倍广泛应用于水处理、化工和金属提取回收等行业。但壳聚糖的水溶性较差，并且只有表面分子能与重金属离子螯合，因此，壳聚糖作为吸附剂使用时用量较大、化学稳定性低[18]，所以我们在使用时常常将壳聚糖和其他吸附剂混合，制备壳聚糖复合物。
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