竹基磁性生物炭復(fù)合材料的制備與表征.pdf

1、生物炭具有多孔結(jié)構(gòu)、比表面積高、耐酸堿腐蝕等特性，是優(yōu)良的污染物吸附材料。當(dāng)生物炭用于液相吸附時(shí)，人們主要使用過(guò)濾法將吸附后的生物炭分離或回收，但過(guò)濾法普遍存在篩網(wǎng)堵塞或吸附劑流失等棘手的問(wèn)題，因此生物炭的實(shí)際應(yīng)用受到制約。通過(guò)將鐵氧化物等磁性介質(zhì)負(fù)載至生物炭表面，以便在外部磁場(chǎng)作用下實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的固液分離，是近年來(lái)生物炭材料開(kāi)發(fā)的新熱點(diǎn)。以竹材為生物質(zhì)原料制備磁性生物炭復(fù)合材料，是擴(kuò)展竹材用途、開(kāi)發(fā)其高附加值產(chǎn)品的一種重要途徑。
　

2、　本文選用毛竹為初始原料，經(jīng)過(guò)粉碎、干燥、低溫?zé)峤?、鐵鹽浸漬等步驟制備前軀體后，通過(guò)高溫一步碳化獲得了具有高飽和磁化強(qiáng)度的磁性竹炭。借助粉末 X射線(xiàn)衍射（XRD）、X射線(xiàn)光電子能譜（XPS）、拉曼光譜、傅里葉變換紅外光譜（FT-IR）、環(huán)境掃描電子顯微鏡（ESEM）、透射電子顯微鏡（TEM）以及超導(dǎo)量子干涉儀（SQUID）等手段對(duì)各竹炭產(chǎn)品進(jìn)行了較為詳細(xì)的表征分析?，F(xiàn)將具體的研究結(jié)果匯總?cè)缦拢?br>　　（1）綜述了磁性生物炭復(fù)合材料的

3、研究現(xiàn)狀，重點(diǎn)對(duì)磁性生物炭的制備方法和工藝參數(shù)帶來(lái)的影響進(jìn)行了介紹，對(duì)磁性生物炭在污染物治理中的應(yīng)用也作了簡(jiǎn)單的歸納。
　?。?）以70目毛竹粉為原料，在300、450、600℃低溫下通過(guò)一小時(shí)恒溫?zé)峤猓@得了相應(yīng)的碳化料，并分別命名為 BC300，BC450，BC600。以其中的 BC600作為碳源，按1:10質(zhì)量比例與六水合氯化鐵在水中混合、攪拌、干燥、研磨后，獲得待磁化的竹炭前軀體，命名為 BC600P。結(jié)果表明，BC300

4、殘留有部分原料中的官能團(tuán)，并沒(méi)有完全碳化，BC450和 BC600都已碳化完全，但后者石墨化程度略高。BC600P中竹炭基體表面覆蓋了一層以氯化物和氧化物為主的含鐵衍生物，為后續(xù)的竹炭磁化提供了保障。
　　（3）以 BC600P為原料，在800、1000、1200℃高溫下通過(guò)一小時(shí)恒溫碳化，獲得了相應(yīng)的磁性竹炭復(fù)合物，并分別命名為 MBC800，MBC1000，MBC1200。它們具有不同的結(jié)構(gòu)與形貌，但都具有較高的飽和磁化強(qiáng)度。

5、MBC800中包含 Fe3O4和α-Fe2O3兩種磁性介質(zhì)，其混合形成的大量球形聚合體（直徑約5μm）依附在竹炭基體表面上；MBC1000和 MBC1200中都只含有零價(jià)鐵一種磁性介質(zhì)，但前者中零價(jià)鐵直徑在納米級(jí)到微米級(jí)均有覆蓋，并部分內(nèi)嵌于竹炭基體中，而后者中零價(jià)鐵大多已聚合成具有數(shù)十微米直徑的近球形顆粒，部分與竹炭脫離。三個(gè)樣品的飽和磁化強(qiáng)度分別為63.6、118.1、122.7emu/g，其中后兩者因矯頑力較低而具有超順磁性質(zhì)。優(yōu)

6、異的磁學(xué)性能顯示其在磁性材料領(lǐng)域具有巨大的開(kāi)發(fā)潛力。
　?。?）依據(jù)從原料到最終產(chǎn)品各個(gè)階段獲得的表征分析結(jié)果，總結(jié)和探討了磁性竹炭的形成機(jī)理。氯化鐵溶解于竹炭懸浮液中后，系統(tǒng)在攪拌、干燥過(guò)程中形成了鐵的氧化物或氫氧化物，當(dāng)結(jié)束研磨時(shí)，這些含鐵衍生物均一分布于竹炭基體表面。在高溫碳化階段，隨著溫度的不斷升高，竹炭前驅(qū)物中的鐵系化合物先被還原為Fe3O4等氧化物，后還原為零價(jià)鐵，最后團(tuán)聚為體積更大的球狀零價(jià)鐵顆粒并從竹炭中脫離。因此