重金属离子废水染料废水处理方法

2.2介孔炭材料的制备

选择合适的炭材料前驱体(如PEG-400)，经化学活化或物理活化法引入介孔结构，可得到无序介孔炭材料。有序介孔炭材料的制备主要有硬模板和软模板法。

2.2.1硬模板法

硬模板法是先将炭前躯体以液相或气相浸入模板剂孔道中，使其发生聚合交联后炭化，再用HF或NaOH溶液腐蚀除去模板，得到有序介孔炭。孔的结构主要由模板的结构决定，其孔径大小可通过改变模板的种类或调节前躯体与模板的比率控制。常采用介孔二氧化硅分子筛(SBA-15、MCM-48)为模板。如以SBA-15为模板，蔗糖为碳源，制备的有序介孔炭材料比表面积达到533~771m2/g。

蔗糖、糠醇、酚醛树脂均可作为制备有序介孔炭材料的前躯体，糠醇或酚醛树脂在硬模板中可形成刚性骨架，更有利于保持介孔炭的结构。以MCM-48为模板，蔗糖为碳源，制备的介孔炭材料(CMK-1)具有高的比表面积(1438m2/g)、大的孔容(0.98cm3/g)和窄的孔径分布(311nm)，CMK-1对胆红素的吸附容量高并具有较快的吸附速度。

硬模板法的缺点是制备步骤较多，模板去除后孔径易产生收缩，致使介孔炭的有序性大大降低。但以硫酸处理硅/三嵌段聚合物(P123)后再加蔗糖经炭化和除硅处理，制得的介孔炭材料有序性好、比表面积大和孔容高。

2.2.2软模板法

软模板法是以两亲性分子或三嵌段共聚物(F127、P123)作模板剂，与炭材料前躯体在有机相或水相中通过氢键等作用进行有机-有机自组装得到复合纳米胶束，然后固化前躯体形成三维交联的刚性结构，最后炭化可得到有序的介孔炭材料。如以间苯二酚树脂为碳源，F127为软模板剂，可制得3D蠕虫状结构的有序介孔炭。

采用F127、P123及F127/P123复合物为模板剂，酚醛树脂/六亚甲基四胺固化物为碳源，可制备具有二维六方结构和蠕虫状结构的介孔炭材料。当用F127作模板剂时，介孔炭材料比表面积达到670m2/g。以间二苯酚和甲醛为碳源，F127为模板剂，Fe、Co、Ni的硝酸盐为前驱体，可得到负载型的有序介孔炭复合材料，比表面积分别为586、626、698m2/g，该材料也便于回收和分离。以Resol型酚醛树脂为前驱体，F127为模板剂，也可制备磁性有序的介孔炭材料。

2.3大孔炭材料及多级孔炭材料的制备

大孔炭材料的合成主要采用模板法。如以硅藻土为模板制得的多孔炭材料为大孔多孔炭。DongLiu等以硅藻土为模板，制备的大孔炭材料比表面积比商业活性炭比表面积小，但其对亚甲基蓝的吸附容量却高于商业活性炭。

多级孔可以是二级孔，如大孔-介孔、介孔-微孔和大孔-微孔等，也可以是大孔、介孔和微孔存在的三级孔结构。多级孔结构更有利于反应物或产物的快速扩散。以二氧化硅蛋白石为大孔模板，F127为介孔模板，制备的二级孔炭材料，大孔、介孔直径约为230、10nm。相对于介孔炭和大孔炭材料，二级孔炭材料的比表面积和孔隙率都有显著提高。

3多孔炭材料在废水处理中的应用

多孔炭材料是一种能有效去除有机和无机污染物的吸附材料。不同孔径的多孔炭材料用途不同，微孔炭材料适合于吸附小分子化合物，而介孔和大孔炭材料用于吸附染料、维生素及高分子化合物等。

3.1重金属离子废水的处理

介孔炭材料对金属离子具有很强的吸附能力。殷俊等发现采用单质硫改性可在介孔炭材料表面引入对Hg2++具有很强亲和力的活性位点，Hg2++吸附容量达到476mg/g，去除率高达92%以上。以SBA-15为模板，丙烯酸低聚物为前驱体合成的有序介孔炭材料(OMC)，经乙二胺改性后，OMC对Hg2++的吸附容量可增加一倍。

陈田等将有序介孔炭材料经氧化、氯化、胺化处理，得到胺化有序介孔炭材料，可用于选择性吸附Cu(Ⅱ)、Cr(Ⅵ)，功能化前后对Cu(Ⅱ)吸附容量分别为213、495mg/g，对Cr(Ⅵ)吸附容量分别为241、68mg/g。铁掺杂的介孔炭(FeOMC)比表面积为466m2/g，当n(Fe)∶n(C)为5.53~7.97时，对砷的吸附量最大。

以ZnCl2为模板，果糖为碳源，制备的比表面积为2207m2/g的酸化介孔炭泡沫，对Pb(Ⅱ)的吸附容量达到188mg/g。以聚(环氧乙烷)-b-聚苯乙烯嵌段共聚物为碳源，自组装制备的高有序介孔炭材料(OMC-P)，与以F127为模板制备的介孔炭和商业活性炭相比，OMC-P对Cr(Ⅵ)有更高的吸附性能。以蔗糖为碳源，粗孔硅胶为模板，制备的多孔炭/硅胶复合材料能有效处理含Cr(Ⅵ)的废水。

3.2染料废水的处理

以SBA-15为模板制备的有序介孔炭材料(CMK-3)能有效吸附废水中的甲基橙。将CMK-3通过表面改性，其吸附商业染料(阴离子染料橙Ⅱ、活性艳红2、酸性黑1)的能力可提高2倍。

以SBA-15为模板，采用纳米刻蚀技术合成的Fe-Fe3O4磁性纳米粒子/介孔炭复合体，能有效吸附罗丹明B，脱除率可达到93.7%，吸附容量329mg/g，吸附后的复合体能通过外磁场与溶液分离。以SBA-15为模板，液化石油汽为碳源，制备的介孔炭材料，对酸性橙、亚甲基蓝和罗丹明B的吸附容量分别为222、833、233mg/g，而商业活性炭对三种染料的吸附容量分别为141、313、185mg/g。

以F127为模板，酚醛树脂为碳源合成的有序介孔炭材料可用于水中染料的吸附，对低浓度的染料(碱性染料、酸性染料、偶氮染料)吸附率可达到99%，介孔炭材料再生后可重复使用。以F127为模板剂，间苯二酚/甲醛为碳源，制备的有序介孔炭材料(孔径6.44nm，比表面积661.98m2/g，孔容0.46cm3/g)对罗丹明B也有很好的吸附性能。

用酸化和碱化的沸石X为模板，糠醇为碳源，合成的介孔炭对亚甲基蓝的吸附容量达到了380mg/g。P.Zhang等制备的磁性介孔钴纳米粒子/碳纳米复合材料(孔径4nm，比表面积232m2/g)，对甲基橙的吸附容量达到380mg/g，且复合材料再生后可重复使用。

3.3其他废水的处理

以SBA-15为模板合成的有序介孔炭材料(CMK-3)能有效吸附苯酚，与商用活性炭比较，CMK-3吸附量大、吸附速率快、平衡时间短。以F127为结构导向剂，酚醛树脂为炭材料前驱体，制备的介孔炭材料可用于去除水相中对氯苯酚和对氯苯胺，其吸附容量为220、210mg/g，与活性炭相比，在污染物浓度较低时显示出更优越的吸附能力。刘冬梅等采用自组装合成的有序介孔炭材料(孔径314nm，比表面积50419m2/g，介孔率67.6%)，对萘具有很好的吸附性能，其吸附机理为氢键作用力。

4结语

多孔炭材料因其独特的性能，成为炭材料研究的热点。多孔炭材料应用于水处理时，具有吸附速率快和吸附容量高等优点，可作为高效吸附剂用于处理废水中的污染物。但多孔炭材料仍存在孔径大小均一较难控制等问题。随着材料制备技术水平的不断提高，多孔炭材料预期在以下方面有突破性进展：

一是制备孔径均一的多孔炭材料或对其进行功能性修饰，以期选择性吸附小分子或大分子化合物;二是多孔炭材料作为催化剂的优良载体，用于废水中有机污染物的降解。目前对多孔炭的研究主要集中在前躯体的选择上，并向着原料低廉，制备具有特殊功能多孔炭的方向发展。

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