水热炭在吸附有机/无机污染物中的应用研究进展

水热炭材料作为一种新型碳材料,具有含氧官能团丰富、堆积密度高、热稳定性强和导电导热性优良等特点,在催化和吸附、储能材料领域具有潜在的应用价值,尤其适用于吸附各种污染物。首先介绍了水热炭的分类和制备,根据尺寸可以分为水热炭量子点和水热微球。其次综述了水热炭的酸洗改性、碱洗改性、官能团化改性以及对污染物的吸附性能和机理。改性水热炭对污染物吸附的机理包括物理吸附和化学吸附,其中物理吸附主要由范德华力所引起的分子间作用,化学吸附主要包括络合配位、离子交换、静电吸引、氧化还原反应等;最后针对水热炭现存问题进行讨论与展望,以期为改性水热炭吸附去除污染物的广泛应用提供理论支撑。

基于量子化学计算优化的氮掺杂碳量子点缓蚀剂制备及其缓蚀性能

[目的]氮掺杂碳量子点(N-CQDs)作为一种绿色高效的新型缓蚀剂,在腐蚀控制领域具有巨大的应用潜力。但由于其结构无法精确调控,很难对制备N-CQDs的众多前驱体进行筛选。[方法]依据密度泛函理论(DFT),通过Fukui指数计算各前驱体分子的优先反应活性位点,确定前驱体分子间一步脱水缩合反应产物的分子结构,并进行全局参量和局部参量的计算,分析了采用柠檬酸分别与乙二胺、尿素和氨基胍盐酸盐作为前驱体所合成的3种N-CQDs的缓蚀性能,再通过称重法对水热法合成的3种N-CQDs的缓蚀性能进行验证,优选出缓蚀性能最佳的缓蚀剂。采用紫外可见吸收光谱、荧光光谱和高分辨率场发射透射电镜表征优选缓蚀剂的荧光性能和表面形貌,并以电化学方法和表面分析方法研究此缓蚀剂对Q235碳钢在0.5 mol/L硫酸溶液中的缓蚀机理。[结果]以柠檬酸和氨基胍盐酸盐为前驱体制备的N-CQDs-3缓蚀性能最佳,且试验结果和理论计算结果一致。N-CQDs-3在紫外激发光下显示蓝绿光,平均粒径为(2.5±0.8)nm。该缓蚀剂是一种混合型缓蚀剂,主要通过物理和化学吸附同时抑制金属在酸溶液中腐蚀反应的发生,其对Q235碳钢在0.5 mol/L硫酸溶液中的缓蚀效率最高可达95.3%。[结论]通过量子化学计算方法对制备N-CQDs所用的前驱体进行筛选,提前预测其缓蚀性能,可提高试验效率。

生物质水热炭改性方法及应用研究进展

水热碳化技术是实现生物质资源化利用的新型技术,具有可直接处理湿生物质、反应温度低、反应时间短、减量化效果明显等优势。由于水热炭具有发达的孔隙结构、丰富的含氧官能团、大比表面积、高热值等性质,在环境、能源、电化学和催化等领域获得了广泛的应用。简述了水热碳化技术的反应条件及反应过程,介绍了水热炭的物理活化和化学活化等传统改性方法,重点分析了低温等离子体、厌氧发酵、磁化、固态微波、聚乙烯亚胺、杂原子掺杂等新型改性方法对水热炭结构和表面官能团的作用效果。综述了水热炭作为重金属、有机物、CO_(2)吸附剂,土壤改良剂,固态燃料、电极材料及催化剂的应用进展。作为吸附剂,水热炭对水体重金属元素(Cr、Cu、Zn等)的去除率可以达到82%~99%,对CO_(2)的吸附量可以达到1.2~8.3 mmol/g。作为土壤改良剂,添加水热炭可以减少氮肥的施用量。作为固态燃料,木质纤维素制备的水热炭热值较高,可达30 MJ/kg,接近于烟煤的热值。作为电极材料,通过改善水热炭的孔径分布,提升水热炭中含氧及含氮官能团的数量可大幅提升其电化学性能,水热炭的比电容可达到300 F/g以上。在催化领域,水热炭本身可以作为催化剂或负载活性组分作为催化剂载体。最后,指出了未来应重点开展水热炭的复合改性、回收利用、对植物和土壤微生物的毒害机理等方面的研究,并进一步提升其燃烧性能、比电容、能量密度和稳定性,以实现水热炭的商业化应用。

KMnO4改性稻壳、稻杆水热炭吸附染料的研究

以稻壳、稻杆为原料,不同浓度KMnO4为水热溶剂,一步完成炭化与改性,并对其进行等电点测定,SEM、FTIR表征。通过静态吸附实验,探究KMnO4改性水热炭对阴、阳离子染料的吸附效果,以及初始染料浓度、样品投加量等的影响。通过吸附等温模型(Langmuir-Freundlich、Langmuir、Freundlich和Temkin)、动力学模型(准一级、准二级和Elovich动力学模型)、吸附机理(颗粒内扩散、Boyd外扩散模型)探究表明,Langmuir-Freundlich、准二级动力学和Elovich模型适合描述吸附过程,膜扩散速率和颗粒内扩散速率共同影响着吸附反应速率。

水热炭的合成及其在放射性核素吸附中的应用研究进展

水热炭作为糖类物质,因其具有良好的化学惰性、高堆积密度和优良的导热导电性能和独特的空间结构,被广泛应用于多个领域。为拓展水热炭材料(HTC)的应用研究领域,解决水热炭表面官能团单一、孔径、孔容难以调节等研究瓶颈,系统介绍了国内外水热炭材料的主要合成技术-水热法的基本现状及反应机理。阐述了水热炭在催化、吸附、放射医疗、核废物处理处置等领域的应用情况。基于壳聚糖为载体和离子印迹技术为平台的水热炭材料,是当前放射性核素吸附领域的研究热点之一。最后着重展望了水热炭在核素吸附领域的应用前景与发展方向。

活性炭在水处理中的应用

阐述了活性炭吸附工艺流程、活性炭用途、吸附方式、吸附能力。

活性炭在水处理方面的应用

活性炭常被用作一种绿色无污染的材料,其疏松多孔的环境和高比表面积为其提供了优良的净化能力,但关于其净化机理始终没有一个清晰明确的阐述,因此本篇文章就机理和净化能力,并设计实验增加支撑,同时通读文献,对活性炭改性有一个总结,拓宽常规用途。对现有技术进行评价。

水热炭化制备碳量子点及其应用

碳量子点作为新兴的"零维"碳纳米材料引起人们广泛的关注。水热炭化法是目前为止应用最广泛的碳量子点合成方法之一。水热炭化合成碳量子点取材广泛、过程简单,其最大的特点是合成的碳量子点表面含有丰富的含氧官能团,水溶性优异,在制备过程中即可对碳量子点进行表面功能化改性。此外,水热法合成的碳量子点具有石墨或无定形结构的碳核。水热碳量子点的结构和性质主要受原料种类及制备条件(水热炭化温度、时间及化学添加剂)的影响,产物在光催化技术、分析检测、活体成像和细胞标记、发光二极管(LED)及药物输送等领域展示出较好应用效果。本文综述了水热碳量子点的制备、性质、形成机理(包括原料的脱水、聚合、炭化及钝化过程)及发光机理(表面缺陷态效应和量子尺寸效应),并对水热碳量子点的应用进行了总结。最后,对水热碳量子点发展过程中尚待解决的问题进行总结,对其未来的发展方向进行了展望。