網(wǎng)狀氮摻雜碳球的一步法制備及其Cr(Ⅵ)去除性能.pdf

1、六價鉻(Cr(Ⅵ))作為一種典型的重金屬污染物，易在動植物體內富集，并最終可能經(jīng)過食物鏈進入人體，對人類健康構成極大的威脅。碳材料常被用于吸附處理水體中的Cr(Ⅵ)，但普通碳材料難以滿足對Cr(Ⅵ)廢水的處理要求。相比普通碳材料，氮摻雜的碳材料由于化學活性位點增加，可以更有效地吸附處理Cr(Ⅵ)。然而目前制備氮摻雜碳材料的工藝存在方法復雜、含氮碳源價格昂貴、制備工藝對環(huán)境有潛在威脅等問題。因此本文的研究目標是使用普通的富氮碳源，采取綠色

2、簡單的技術，通過一步法制備具有高氮含量、高Cr(Ⅵ)去除活性的亞微米級氮摻雜碳球，并考察其在去除Cr(Ⅵ)上的應用性能。
　　本文以普通氨基葡萄糖硫酸鹽為原料，通過自行設計的氣溶膠噴霧法一步制備亞微米級氮摻雜碳球，并通過SEM、TEM、FT-IR、元素分析、BET、Zeta電位、XPS等手段對材料進行表征。結果表明經(jīng)過氣溶膠噴霧法制備的材料尺寸處于亞微米級，并呈現(xiàn)規(guī)整的球形結構。同時由于氨基葡萄糖硫酸鹽在霧化過程中發(fā)生自組裝，導致

3、獨特的網(wǎng)狀結構的形成。
　　在去除重金屬Cr(Ⅵ)的過程中，由于所制備的亞微米級氮摻雜碳球表面的氮原子在酸性條件下發(fā)生質子化，導致材料表面帶有更多的正電荷，進而通過靜電吸引力與Cr(Ⅵ)陰離子結合，極大地提高了Cr(Ⅵ)去除率。與非氮摻雜碳球相比，本研究合成的氮摻雜碳球對Cr(Ⅵ)的去除率由15.5％提高到100％。XPS結果表明，吸附在氮摻雜碳球上的Cr(Ⅵ)可最終被材料表面的C-H和C-OH等還原基團還原成Cr(Ⅲ)，同時C-

4、H和C-OH被氧化成C-OH和C=O。為了研究該亞微米級氮摻雜碳球的實際應用性能，本文還考察了N-摻雜量、pH、材料劑量、循環(huán)再生能力等條件對Cr(Ⅵ)去除效率的影響。結果表明，增加N-摻雜量、降低pH有利于Cr(Ⅵ)的去除。使用5g/L劑量的氮摻雜亞微米碳球可100％去除初始濃度為60 mg/L的Cr(Ⅵ)溶液。盡管隨著氮摻雜碳球NC材料循環(huán)使用次數(shù)的增加，Cr(Ⅵ)去除率逐漸降低，但經(jīng)過五次循環(huán)，去除率仍達到60％。
　　由于