重金属离子废水染料废水处理方法

在介绍了三种多孔炭材料制备方法与特点的基础上,综述了多孔炭材料作为吸附剂在重金属离子废水、染料废水和其他废水处理中的应用研究进展。

由相互贯通或封闭的孔洞构成网络结构的多孔炭材料在具备炭材料性质(如化学稳定性高、导电性好、价廉等)优点的同时，还具有比表面积大等特点。因此，多孔炭材料可应用于分离净化、催化、光学器件、能量存储、生物分离薄膜及纳米反应器等领域。由三维网络结构形成的大孔结构使多孔炭材料具有优异的吸附性能。

目前，随着多孔炭材料研究的深入，制备多孔炭材料不仅需要控制其介观结构、孔径及孔道排列，而且对其微米级的宏观形貌也有要求。现已成功合成了球、纤维、棒、单晶和体材料等多种形貌的介孔炭材料。

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1多孔炭材料类型与原材料

1.1多孔炭材料类型

多孔炭材料按孔直径大小可分为微孔炭材料(<2nm)，介孔炭材料(2~50nm)和大孔炭材料(>50nm)。其中微孔炭材料又分为极微孔(<0.7nm)和超微孔炭材料(0.7~2nm)。多孔炭材料还可分为无序多孔炭和有序多孔炭材料。

1.2制备多孔炭材料的原材料

制备多孔炭材料的原料主要有生物质材料、合成高分子材料、废弃高分子材料、焦油与煤炭材料等。但不同原料制备的多孔炭，其结构有明显差异。

1.2.1生物质材料

可用作炭材料前驱体的生物质材料有：植物的枝、干、叶、果实与果壳;动物的骨头和粪便;海洋生物(如海藻);还有蔗糖、糖蜜、咖啡豆、甘蔗渣、甜菜渣、木质素等。以大叶合欢种子荚为原料，采用微波法能制备用于吸附对氯苯酚的微孔活性炭，吸附容量为300.6mg/g。

以稻壳灰为原料，制备的活性炭比表面积和平均空隙达到1713m2/g和4nm。Hayashi课题组采用K2CO3活化炭化杏仁壳、椰子壳、核桃壳和木质素等制备了多孔炭材料。也有用K2CO3活化木屑，微波法成功制得微孔炭的报道。

1.2.2合成高分子材料

合成高分子可通过选择单体与聚合技术控制其元素组成、分子量及分子链的形状。因此，合成高分子既可作为介孔结构导向剂，也可作为炭材料前驱体。C.H.Huang等以甘蔗渣为模板，三嵌段共聚物(F127)和酚醛树脂为介孔结构导向剂和前驱体制备了一种层状多孔炭材料，其作为电极材料表现出很好的电化学特性。以酚醛树脂为前驱体，F127为模板，采用溶胶-凝胶法制备的介孔炭纳米纤维，可用于大分子染料的吸附。

1.2.3废弃高分子材料

含碳废弃物既来源于合成高分子材料，也来源于生物质材料。大部分废弃物都可用作制备多孔炭的原料，如废旧塑料、废橡胶及废旧皮革，锯屑、废纸或纸浆废渣，都市垃圾与废建材，油烟，酒厂废弃物，水产废弃物，畜产废弃物等。

1.2.4焦油与煤炭材料

能用作炭材料前驱体的焦油与煤炭材料有泥煤、烟煤、无烟煤、烟道炭黑、煤焦油沥青、石油焦、石墨、油炭、褐煤、石油沥青、油母页岩等。

2多孔炭材料的制备方法

多孔炭材料的制备方法主要有活化法与模板法。活化法制得的是无序多孔炭材料;模板法制得的是结构有序、孔径均一的多孔炭材料。模板法又分为软模板法、硬模板法和双模板法等。

2.1微孔炭材料的制备

制备无序微孔炭主要采用炭化活化法。生物质原料由于其结构特点，更有利于形成高比表面积的微孔炭。如以桑枝为炭材料前驱体，制备的微孔活性炭比表面积达到1603m2/g。以K2CO3为活化剂，聚苯胺为前驱体也可制备出大比表面积的微孔炭。

分子筛型微孔炭是一类无序微孔材料，具有优异的化学和物理稳定性。制备炭分子筛的原料主要有：高分子化合物(如酚醛树脂)、煤、植物(如椰子壳等)。以煤为原料，采用炭化、活化制备的分离CH4/N2用分子筛，比表面积为251m2/g。

孔壁<1nm的沸石常用作合成孔径均一微孔炭的无机模板，如用Y型沸石分子筛为模板可合成微孔炭。Kyotani课题组用Y型沸石分子筛为模板，成功合成了孔径均一的微孔炭材料。使用介孔二氧化硅模板和二氧化碳活化法可制备储氢性能良好的有序微孔炭，比表面积达到2008m2/g。K.S.Kim等以二氧化硅为模板，聚苯胺为前驱体，制备的微孔氮掺杂的碳纳米管，其对水有更强的亲和力。