功能化活性炭材料的设计、合成及性能研究开题报告

1. 研究目的与意义

随着我国工业化的不断发展，随之带来的环境污染也成了急需解决的问题之一。其中水污染的治理是一个城市实现可持续发展的重要前提，也是一个国家在长期不断地发展中所必须关注的问题。现阶段的水污染治理中关于有机污染物的治理方法包含物理法、化学法、生物法等。重金属污染物的治理包含化学沉淀法、电化学法、物理吸附法等。其中吸附法是最常用的一种染料废水处理技术，它效率高、成本低、操作简单，但传统的吸附剂存在再生成本高、难以回收、吸附选择性低等问题。因此，开发新型、高效、选择性高且容易回收的功能化材料处理染料废水，已经越来越受到广大研究者的关注。

目前市面上最常用的吸附剂是活性炭。活性炭因其具有较大的比表面积、化学稳定性等特点而广泛用于饮用水净化、环境保护等领域，是一种常用的吸附材料。但是，活性炭依然存在不少问题，比如制备时消耗能量高，使用后体积小难以回收，部分活性炭在使用时具有不稳定因素。

活性炭是一种非常多样化的吸附材料，包括高孔隙率和高表面积，而其中多达90％的材料可以由碳构成。而且，碳结构包含负责吸附污染物的主要官能团，例如活性炭表面含有丰富的官能团：羟基、羧基和氨基等，因此活性炭具有良好的吸附性能。除了比表面积和多孔结构影响以外，活性炭表面化学性质也是影响活性炭吸附能力的重要因素。活性炭的化学性质由表面的官能团和表面其它原子决定，最终对不同类型的污染物去除也表现出很大差异。通常，活性炭能够去除63%-86%的胶体物质、50%左右的铁以及47%-60%的有机物质。因此，通过表面物理改性和表面化学改性提高活性炭的去除能力，具有很重要的实际意义。

2. 研究内容和预期目标

1.运用已有设备和数据，尝试使用水热法合成所需的功能性活性炭材料

2.表征产品内部结构，官能团组成等数据，包括测定其磁性，记录数据以方便分析改进

3.记录并研究各个条件下颗粒活性炭材料的吸附性能，回收率

3. 研究的方法与步骤

1.查阅相关资料，获得其相关实验参数。第一种方案收集或者购买废弃花生壳，水热法制备活性炭。用niso46h2o-和fecl36h2o制得铁酸镍，拟将活性炭和铁酸镍产品采用水热法制备得带有磁性的产品，确保其具有一定的吸附能力，且在实验完成后可以较大程度回收。第二种方案则是将花生壳粉末，niso46h2o-和fecl36h2o进行一步水热获得产品。比较两种方案，根据产量及性质择优用之。

2.产品检测：通过扫描电子显微镜观察吸附材料的表面结构；通过透射电子显微镜观察吸附材料的样貌形态及分散程度；通过傅立叶变换红外光谱对(ftir)吸附材料的表面官能团进行测量；通过x射线衍射分析表征吸附材料的物相组成和结构形态；通过比表面积与孔隙分析仪对吸附材料的比表面积和孔径进行测量；通过使用振动样品磁力计对吸附材料的磁性测量。

3.配置一定浓度的亚甲基蓝溶液作为检测依据根据其降解的程度来判断产品吸附效果。测量亚甲基蓝试剂颜色完全消失所花费的时间，测量吸附降解后的试剂浓度，测量对于同样的亚甲基蓝试剂能有效吸附的次数。再对比于粉末材料的吸附性能，进行改进。

4. 参考文献

[1]kuan w-h, hu y-s, chiu c-y, et al. microwave-catalyzed conversion of phenolic resin waste to activated carbon and its applications for removing ammonium from water[j]. catalysts, 2021, 11(7): 783.

[2]李俊， 何长明， 刘晓晶， 等． 活性炭去除零排放反渗透浓水中cod的应用研究[j]． 应用化工， 2017， 46（12）： 2392- 2394 2399．

[3]llad#211; j, sol#201;-sardans m, lao-luque c, et al. removal of pharmaceutical industry pollutants by coal-based activated carbons[j]. process safety and environmental protection, 2016, 104: 294–303.

5. 计划与进度安排

1、2024-12-28~2024-03-05：查阅文献，了解课题背景，完成开题报告。

2、2024-03-02~2024-03-12：开展初步实验，完善实验方案。

3、2024-03-12~2024-03-20：制备功能性活性炭材料产品并进行表征