论文开题报告书：表面特性对活性炭吸附有机物的影响

大学本科毕业论文(设计)开题报告
学院：化工学院　　　　　　　　　　　　　专业班级：08级环境工程　

课题名称 表面特性对活性炭吸附有机物的影响

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1、本课题的的研究目的和意义：
进入新世纪以来，碳素材料已经成为全世界大规模开发应用的首选高性能材料，21世纪更是被誉为“碳素材料的世纪”。传统的碳素材料包括炭黑、金刚石、石墨和活性炭等，新型的碳素材料有碳纤维、石墨烯、碳纳米管等。其中，活性炭作为人造材料，已经有一百多年的历史。活性炭具有巨大的比表面积(> 1000 m2•g-1)、丰富的微孔容量、较大的孔径分布等众多优势，性质稳定、无毒、无味、不溶于水和有机溶剂、耐酸碱物和高温、高压，是一种十分优良的吸附剂[1, 2]，广泛应用于环保、化工、食品加工、湿法冶金、药物精制、军事化学防护等各个领域。随着人们对活性炭作用机理研究的深入，根据用途与应用领域对吸附剂性能的要求定向制备具有特定孔结构与表面特性的活性
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离子等极性较强的物质的吸附,但减弱了对苯酚、腐殖酸等有机物质的吸附[8]。王琳发现利用强氧化剂对活性炭进行改性,改变了活性炭表面官能团的性质,使原来具有催化还原能力的官能团,改性为具有氧化能力的官能团,从而抑制了活性炭中亚硝酸盐的形成,使出水中亚硝酸盐浓度从未改性活性炭的2.0mg/ L 降低为改性后的0.01mg/ L[9]。
表面还原改性是通过还原剂在适当的温度下对活性炭材料表面官能团进行还原改性，从而提高含氧碱性基团的比含量，增强表面的非极性，这种活性炭材料对非极性物质具有更强的吸附性能。还原改性的手段主要集中在H2或N2等惰性气体对活性炭的高温处理和氨水浸渍处理,主要机理是去除法性炭表面的大部分酸性集团,而万福成采用氨水、苯胺对活性炭进行改性时发现:活性炭表面微晶结构发生了改变,孔隙半径增大[10]。刘成[11]研究的结果也表明经氨水改性处理的粉末活性炭对原水中有机物的去除效果较原活性炭提高12 %以上。
由于活性炭材料具有很好的物理化学稳定性，使它成为一种理想的催化剂载体。Cu离子是一种常用的用于活性炭负载金属离子改性的材料。李德伏等采用三种方法对活性炭进行改性研究,发现硝酸铜水溶液改性效果好,并认为原因是Cu (Ⅱ) 在焙烧过程中还原成Cu (Ⅰ) ,由于与乙烯可发生络合吸附作用,从而增强了改性活性炭吸附乙烯的能力；但也发现,金属浸渍量过高时,会堵塞部分孔隙结构,使其对烃类的吸附量降低[12]。
酸碱改性是利用酸、碱等物质处理活性炭,根据实际需要调整活性炭表面的官能团至所需要的数量。常用的改性剂有HCl、NaOH等。研究表明：NaOH 处理可以增加活性炭表面羟基的数量,而HCl 处理则大大增加了诸如酚羟基、内酯基等含单键氧官能团的数量[13]。由以上可以推出,经过酸碱处理后的活性炭可提高对某些种类的有机物质的吸附能力,张丽丹等人对活性炭改性酸碱处理,除去酸碱可溶性物质,使活性炭的灰分大大降低,从而提高了活性炭的比表面积,并提高了活性炭的吸附活性,可以大大提高活性炭对苯的吸附能力[14]。
3、本课题的主要研究内容（提纲）和成果形式：
1）通过活性炭改性制备对三醋酸甘油酯稳定的碳材料。具有合适的孔结构，表面官能团的种类和数量，或者聚合物的外膜。
2）检测改性后活性炭材料对三醋酸甘油酯的稳定性。
3）改性后活性炭对不同挥发性有机物的吸附效果初步研究：检测分析新型活性炭对模拟烟气中的苯、甲苯、羰基类化合物等_物质的去除效率。
4、拟解决的关键问题：
为研究对三醋酸甘油酯稳定的活性炭新材料，寻找出能产生稳定官能团的改性方法。
5、研究思路、方法和步骤：
1）活查阅文献并选取8种活性炭表面化学改性方法对活性炭颗粒改性，初步确定改性后活性炭对三醋酸甘油酯的静态吸附的稳定性。
2）自行设计挥发性有机物的动态吸附装置，确定几种待吸附实验的有机物试剂。
3）对选定的挥发性有机物动态吸附，定量测定改性后性炭对挥发性有机物的吸附量。
6、本课题的进度安排：

2012.1.1～2012.1.6：确定选题，
2012.2.10～2012.2.20：完成撰写开题报告
2011.10.30～2012.2.26：完成毕业论文大纲
2012.3.1～2012.4.4：完成毕业论文初稿
2012.4.5～2012.5.5：完成毕业论文定稿
2012.5.8～2012.5.25：准备毕业答辩

7、参考文献：
[1] 沈曾民, 张文辉, 张学军. 活性炭的制备与应用[M]. 北京: 化学工业出版社, 2006.
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