氮掺杂炭纳米微球的制备、表征及在有机废水处理中的应用

【摘要】炭材料具有较高的比表面积、优良的导电性及耐酸耐碱等特性，在催化、储氢、吸附、燃料电池等方面都具有广泛的应用，其研究受到广泛关注。在炭材料中引入氮等其他元素后，其内部结构、表面的物理及化学性质和电子传导等性质得到了很大的调变，使氮掺杂炭材料具有更加广泛的应用发展前景。含氮炭材料的制备方法已经有很多种，但这些方法普遍存在原材料成本价格过高、合成步骤复杂繁琐、环境污染较大等问题。目前，研究探索高效的含氮炭材料的合成方法，制备出形貌可控且具有独特物理化学性质的炭材料已成为材料及化学领域中的热点问题之一。本论文主要以苯酚（或二酚）和六亚甲基四胺为碳源和氮源，采用水热法合成出了一系列氮掺杂炭纳米微球材料（NCS）。重点考察了不同类型碳源（如苯酚、邻苯二酚、间苯二酚、对苯二酚）对NCS材料的形貌、结构的影响。采用傅立叶红外光谱、X射线光电子能谱（XPS）、X射线粉末衍射（XRD）、低温N2吸附、透射电镜（TEM）、差热热重和元素分析等表征手段对材料的结构和性质进行了研究。研究结果表明，以邻苯二酚为碳源合成的材料（NCS-Cat）具有较为规整的微球形貌，粒径能够在50-100nm的范围内调控，且尺寸分布较为均一；间苯二酚为碳源合成的材料具有不规则的形貌；对苯二酚合成的材料中含有少量微米级的微球，其中还存在很多不规则的纳米颗粒。对以邻苯二酚为碳源合成NCS的合成条件进行了考察。结果表明，合成温度、原料液浓度、原料比以及焙烧温度都会对材料的粒径及含氮量产生影响。另外，还以含有有机染料甲基橙的水溶液作为模拟废水，以所制备的NCS材料为吸附剂进行了吸附实验。结果表明，各种NCS材料均对甲基橙表现出一定的吸附性能，并且NCS材料中的氮含量的不同会显著影响对甲基橙的吸附量。
【作者】孙赫；
【导师】贾明君；
【作者基本信息】吉林大学，物理化学，2014，硕士
【关键词】氮掺杂；炭材料；水热合成；纳米微球；吸附性；

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