本研究介绍了一种创新的空心介孔碳球自组装多孔炭微球及其制备技术。该技术的核心步骤包括:制备空心介孔硅球、硅球负载以及SiO2模板的去除,旨在开发一种新型的多孔炭微球材料。
背景技术
挥发性有机化合物(VOCs)的排放是目前面临的重大环境问题之一,对自然环境和人体健康都造成了严重影响。吸附技术是处理低浓度VOCs污染的具有前景的方案。在众多VOCs处理技术中,吸附法是目前公认应用最广泛的技术之一。与其他方法相比,吸附法具有成本低、操作方便、去除效率高、毒性小等优点。吸附法的原理是利用具有丰富孔隙结构的吸附剂与VOCs接触后,在吸附剂表面的吸引力和化学键力的作用下,将大气中的VOCs污染物吸附在吸附剂孔道内。吸附法又分为物理吸附和化学吸附两种形式,物理吸附主要以范德华力吸引为主,化学吸附主要是依靠吸附剂表面的某些官能团、化学键等使得VOCs分子与吸附剂结合。VOCs吸附技术的核心在于吸附剂的选用。活性炭、有机金属骨架材料(MOFs)、分子筛(沸石)、碳纳米管(CNT)、生物炭、活性炭纤维(ACF)等都是常见的吸附材料。空心碳球是一种新型的多孔碳材料,因其比密度低、可控内孔体积大和开放框架结构等独特的物理和化学特性而受到广泛关注。因此,碳球已被应用于环境治理等领域。多孔碳材料作为吸附剂和催化剂载体已经有不少报道(如:2009,21,706-716,Chemistry ofMaterials),并且发现了很多优异的性能。对诸如苯酚、维生素、蛋白质和大分子染料等有很好的吸附性能。而作为催化剂载体,有助于发挥被装载催化剂的催化潜力。空心碳球虽然拥有较大的孔体积,但其比表面积一般低于目前VOCs吸附剂研究的平均水平,在一定程度上限制了在VOCs吸附中的应用。
为了增大空心碳球的比表面积,进一步提高空心碳球的吸附潜力,提出在空心碳球中组装另一种球形碳材料,通过对材料进行活化,在不影响孔体积的情况下进一步增大材料的比表面积,使材料拥有更加优异的吸附性能。在众多球形碳材料中,以生物质例如淀粉、葡萄糖、蔗糖、纤维素等原料利用水热法制备碳微球是较为常用的方法。此制备方法不仅操作简单无污染物,而且制备的微球分散性良好。
实现思路