【摘要】：20世紀(jì)50年代以來,塑料的大量使用,造成了嚴(yán)重的白色污染;此外,隨著工業(yè)的迅速發(fā)展及人口爆炸式增加,淡水缺乏及水污染問題矛盾突出。若能把塑料垃圾轉(zhuǎn)化為工業(yè)材料并用于水處理,將是具有深遠(yuǎn)意義的研究課題。本論文基于脫鹵反應(yīng)制備了三種氮、硫雙摻多孔碳材料,通過電吸附技術(shù)手段,為解決以上問題提出新方法。具體研究內(nèi)容如下.:1.以聚偏二氯乙烯為碳源,二甲基亞砜及氮,氮-二甲基甲酰胺分別為硫源和氮源,快速合成了具有優(yōu)異超電容和電吸附性能的氮、硫雙摻多孔碳材料。它的比表面積達到699 m2 g-1,硫元素?fù)诫s量為2.4%,氮元素?fù)诫s量為3%。該材料在酸、堿及中性電解液中,均表現(xiàn)出較好的超電容性能。其中,在酸性電解質(zhì)中,電容為427Fg-1,在100Ag-1下,電容保持率為60%。在40 ppm NaC1溶液中進行電吸附測試,該材料的電吸附容量達32.3 mg g-1,表現(xiàn)出良好的吸附效率和循環(huán)性。2.基于以上研究成果,改用常見的聚氯乙烯廢舊塑料為碳源,合成了具有良好超電容性能的氮、硫雙摻多孔碳材料。實驗中,我們將桌布、文件袋、水管、保鮮膜等廢舊塑料材料進行室溫處理,將白色垃圾轉(zhuǎn)化為可利用的碳電極材料。其中,以聚氯乙烯水管為原料合成的硫氮雙摻雜碳材料,電容量最大為430.1 Fg-1,在低濃度的NaC1溶液中,吸附容量是32.3 mg g-1。3.基于以上研究成果,改用硫脲為硫氮同源,室溫合成了可用于重金屬離子吸附的氮、硫雙摻碳材料。它的硫摻雜量達到13.3%,氮摻雜量達到4.5%,比表面積為1230 m2 g-1。通過電吸附技術(shù),它對七種常見重金屬離子均表現(xiàn)出較高的吸附容量。其中,它對Fe2+的吸附容量最大,可達125.2 mg g-1。五個循環(huán)后,吸附容量仍達120 mg g-1,去離子效率在90%以上。對Pb2+的吸附量達105.8 mg g-1。通過對以上三種硫氮雙摻雜碳材料的組成和結(jié)構(gòu)進行表征和分析,發(fā)現(xiàn)其優(yōu)異電容和電吸附性能與材料本身大比表面積、多級孔結(jié)構(gòu)、雜原子高摻雜量以及良好的導(dǎo)電性能等有關(guān)。此外,通過本論文的研究,將廢舊塑料進行再處理合成電極材料,在環(huán)境保護方面具有潛在的商業(yè)價值。
【圖文】：

Ｆｉｇｕｒｅ邋１－４．邋Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｄｅｓｉｇｎ邋ｏｆ邋ＣＤＩ邋ｕｎｉｔ逡逑１．３．２電吸附技術(shù)發(fā)展史逡逑上世紀(jì)６０年代，電吸附技術(shù)（當(dāng)時叫海水電化學(xué)除鹽技術(shù)）概念由Ｂｌａｉｒ、Ｍｕｒｐｈｙ逡逑等人首次提出。石墨類和其他的碳因其表面有選擇性的官能團，與溶液離子發(fā)生陽離逡逑子反應(yīng)，被作為電極材料。１９６５年，７５Ｌ／天的海水淡化裝被設(shè)計出來。１９６８年Ｒｅｉｄ等逡逑研究發(fā)現(xiàn)脫鹽技術(shù)具有商業(yè)應(yīng)用價值，脫鹽裝置長期運行后，仍保持良好的除鹽能力；逡逑此外，除了吸附鈉、氯離子之外，還可以有效地移去鈣、鎂、硫酸鹽和磷酸鹽離子等。逡逑１９７０年，Ｊｏｈｎｓｏｎ等［３３］提出“雙電層理論”，這是電化學(xué)除鹽的真實機制，從電吸附工逡逑作原理的方面說明了法拉第反應(yīng)的不必要性［３４］。１９７８年，Ｏｒｅｎ、Ｓｏｆｆｅｒ等人提出“四逡逑電化學(xué)參數(shù)循環(huán)泵”的概念，作為一種高效方法可以精細(xì)地分離鹽溶液和其他濃縮溶逡逑液。逡逑

－ｒ＾＾＾ｒ－ｎ／邐，５＇？４逡逑圖１－４邋ＣＤＩ原理裝置示意圖逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１－４．邋Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｄｅｓｉｇｎ邋ｏｆ邋ＣＤＩ邋ｕｎｉｔ逡逑１．３．２電吸附技術(shù)發(fā)展史逡逑上世紀(jì)６０年代，電吸附技術(shù)（當(dāng)時叫海水電化學(xué)除鹽技術(shù)）概念由Ｂｌａｉｒ、Ｍｕｒｐｈｙ逡逑等人首次提出。石墨類和其他的碳因其表面有選擇性的官能團，與溶液離子發(fā)生陽離逡逑子反應(yīng)，被作為電極材料。１９６５年，７５Ｌ／天的海水淡化裝被設(shè)計出來。１９６８年Ｒｅｉｄ等逡逑研究發(fā)現(xiàn)脫鹽技術(shù)具有商業(yè)應(yīng)用價值，脫鹽裝置長期運行后，，仍保持良好的除鹽能力；逡逑此外，除了吸附鈉、氯離子之外，還可以有效地移去鈣、鎂、硫酸鹽和磷酸鹽離子等。逡逑１９７０年，Ｊｏｈｎｓｏｎ等［３３］提出“雙電層理論”，這是電化學(xué)除鹽的真實機制，從電吸附工逡逑作原理的方面說明了法拉第反應(yīng)的不必要性［３４］。１９７８年，Ｏｒｅｎ、Ｓｏｆｆｅｒ等人提出“四逡逑電化學(xué)參數(shù)循環(huán)泵”的概念
【學(xué)位授予單位】：北京化工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TQ127.11;TB383.4

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本文編號：2625542