亚甲基兰

亚甲基兰（精选7篇）

亚甲基兰 篇1

0引言

钒酸铋是一种稳定的半导体材料, 其禁带宽度为2.4e V, 非常接近于太阳光谱的中心 (2.6e V) , 其吸收边可以延伸到约520nm;因此钒酸铋可以是一种在可见光范围响应的理想的光催化材料[1,-2]。据报道[3], Bi VO4主要有3种晶体类型:方锆石结构、单斜晶系白钨矿结构、四方钨矿结构;用不同温度制备或在室温下研磨粉末可以实现3种结构的转化, 但只有单斜晶系白钨矿结构的Bi VO4显示良好的可见光光催化性能;四方钨矿结构的晶胞参数与单斜白钨矿结构的晶胞参数稍有差别;这种结构的微小差别导致单斜结构的Bi VO4表现出远高于四面体结构的催化活性[2,3]。柯丁宁等[4]用水热法制备了具有较高含量的单斜晶系Bi VO4;随着水热温度的升高, 产物中单斜晶系Bi VO4的含量增大, 单斜晶系Bi VO4的粒径较大、密度较高、沉降性能好;但它有较小的比表面积, 激发电子-空穴对需要较长的迁移距离和重组增加了能源浪费, 这些会导致较低的光催化活性。

1 实验部分

1.1 主要试剂与仪器

试剂:NH4VO3, Bi (NO3) 3·5H2O, Bi2O3, V2O5, C16H18Cl N3S·3H2O, CH3COCH3;仪器:扫描电子显微镜 (J1S.M3.-26700F日本日立电子公司) , 紫外可见分光光度计 (Cary500美国瓦里安公司产品) , X-射线能谱仪 (INCA Energy英国牛津仪器公司) 。

1.2 液相法和固相法制备钒酸

1.2.1 水溶液沉淀法制备Bi VO4样品

将0.024mol/L的硝酸铋溶液和0.024mol/L的偏钒酸铵溶液等2.体积混合;混合过程中有大量热量放出, 当p H值到8左右时, 有黄色沉淀生成, 再滴加氨水使沉淀完全;然后抽滤含有黄色沉淀的溶液, 并在抽滤过程中用水洗涤沉淀;将洗涤后的沉淀放入反应釜中用p H为1的硝酸浸没, 放入180℃烘箱中24小时;然后取出反应釜待冷却, 将其中沉淀过滤、水洗、干燥, 即得到橙黄色粉末的钒酸铋。

1.2.2 固相法法制备Bi VO4样品

将固相的Bi2O3和V2O5以等摩尔比混合于玛瑙研钵中, 在研磨过程中加入适量的丙酮以使研磨的颗粒均匀、足够小;将研磨后的样品置于刚玉坩锅中, 然后将坩埚放入温度为550℃的马弗炉中第一次煅烧10h, 煅烧后发现反应物已经结块, 并且颜色不均匀;取出进行均匀研磨, 经过研磨产物变得细小且颜色均匀;再次放入马弗炉中, 于650℃下进行第二次煅烧15h;经过第二次煅烧之后得到的产物有明显的成团结块现象, 经过研磨的产物的颗粒更加细小, 色泽明亮;经过两次煅烧和研磨后形成了橙黄色的钒酸铋粉末。

1.3 样品的表征

1.3.1样品扫描电镜图及分析

由图1可知:水热液相法制的样品颗粒呈片状、颗粒微观表面存在一些空隙, 颗粒分层S比EM较明显、比表面积相对较大;颗粒1晶形不完整, 存在晶缺;固相法所制的钼酸钒样品呈粒状和条状, 较大, 长度一般在5μm~20μm;并且颗粒的晶形比较完整, 颗粒的表面几乎没有缺陷, 比表面积相对较小。因此推断水热法样品具有较好的吸附性和催化性。

1.3.2样品紫外反射图谱及分析

通过公式Band gap=1204/λ计算得水溶液沉淀法制备的钒酸铋的禁带宽度为大约2.0eV, 固相法制备的钒酸铋的禁带宽度为2.25eV;.两者均小于文献记载的2.4eV[4]说明制备的钒酸铋比较容易被可见光激发, 同时水溶液沉淀法制备的样品在可见光下容易容XR易D被激发。

1.3.3样品的XRD表征

分析两种方法制备的样品的XRD图谱可知:两样品在回转角24°处都有最大吸收峰, 可知这个位置的吸收峰是主要产生光催化作用的主吸收峰;水热法制备的钼酸钒样品的吸收峰宽相对较宽, 固相法制备的钼酸钒样品的吸收峰较细长;并且水热法样品的主吸收峰右侧有其他的吸收峰, 可知水热法的钼酸钒样品中多了一种晶形, 晶体结构较复杂, 导致吸收峰的宽度比固相法较宽;晶形的不规则导致水热法所制的样品晶体表面存在更多的缺陷, 使水热法样品的光催化性较好, 同时也可能是水热法样品对亚甲基蓝溶液吸附效果较好的原因。

2 钒酸铋降解亚甲基蓝实验

水溶液沉淀法和固相法两种方法制备的钒酸铋对亚甲基蓝的降解率曲线图4所示:

通过降解率曲线可知:钒酸铋对亚甲基蓝的降解率随着时间的增加而提高, 水溶液沉淀法制备的钒酸铋大约在实验进行125min时降解速率最大;随着实验的进行, 可能是由于亚甲基蓝的浓度已经比较低, 降解效果可能没有1中25间m阶in段明显, 两者的降解率趋于稳定, 实验后期降解率变化不大, 最终前者达到72.8%, 后者达到41.2%;同时容易发现水溶液沉淀法制备的钒酸铋降解亚甲基蓝的效果要明显优于固相法。

3 结论

通过实验得知:1) 水溶液沉淀法制备的单体钒酸铋样品颗粒成片状、分层明显、比表面积较大, 固相法制备的钒酸铋样品颗粒为条状、粒状, 颗粒表面规整, 晶形较好;2) 水溶液沉淀法制备的钒酸铋的4禁带宽度为2e V, 固相法制备的钒酸铋的禁带宽度为2.25e V;3) 水溶液沉淀法制备的钒酸铋的XRD图谱比固相法的图谱多了3个比较明显的衍射峰, 即样品晶形较复杂。这些样品的不同表征则说明了水溶液沉淀法制备单体钒酸铋在可见光下更容易表现出光催化活性。

参考文献

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亚甲基兰 篇2

现用砷化氢发生装置, 利用锌粒与酸作用产生的氢, 将生成的硫化氢带出的方法作水样的预处理, 效果良好, 并与国标法进行比较分析, 改进的方法结果可靠, RSD为1.30%~4.54%。配对t检验, 与国标法比较差异无统计学意义 (P>0.05) , 结论与国标法比较, 改进法耗时短, 缩短检验周期, 能有效提高工作效率。

1 原理

样品经酸化, 硫化物转化成硫化氢, 利用锌粒与浓盐酸作用产生的氢气将硫化氢带出, 转移到盛乙酸锌—乙酸钠溶液的吸收显色管中, 在含高铁离子的酸性溶液中, S2-与对氨基二甲基苯胺作用, 生成亚甲蓝, 颜色深度与水中S2-浓度成正比。

2 试剂

本实验所用试剂同HJ/T60-2000《水质硫化物的测定碘量法》中所示。[1]

主要试剂:1) 无砷锌粒;2) 乙酸锌—乙酸钠溶液:称取25g乙酸锌 (Zn Ac2.2H2O) 和6.25g乙酸钠 (Za Ac2.3H2O) 溶于500ml水中。3) 1mol/L乙酸锌溶液:称取220g乙酸锌, 溶于水并稀释至1000ml, 若混浊须过滤后使用。4) 氢氧化钠溶液:称取4g氢氧化钠 (Na OH) 溶于50ml水中, 摇匀。5) 硫化钠标准溶液:其配制和标定方法按照GB/T16489-1996《水质硫化物的测定亚甲基蓝分光光度法》[2]步骤进行。6) 硫化钠标准使用液的配制:吸取一定量刚标定过的硫化钠贮备溶液, 用水稀释成1.00ml含5.0μg硫化物 (S2-) 的标准使用液, 临用时现配。

3 仪器和装置

1) 砷化氢反应瓶装置;2) 分光光度计, 10mm比色皿。

4 采样和样品保存

水样采集时应防止曝气, 先在采样瓶中加一定量的乙酸锌溶液, 再加水样, 之后滴加适量氢氧化钠溶液, 使呈碱性并生成硫化锌沉淀。通常1L水样中加入1mol/L乙酸锌溶液3ml, 硫化物含量高时, 可酌情多加直到沉淀完全为止, 水样充满瓶后立即密塞保存, 尽快分析。[2]

5 分析步骤

5.1 校准曲线绘制

校准曲线制定步骤同HJ/T60-2000《水质硫化物的测定碘量法》中所示方法, 测定吸光度值, 并做线性回归分析, 回归方程为Y=0.0202X+0.002, 相关系数R=0.9998, 结果表明灵敏度、线性相关性良好。

5.2 样品测定

取适量现场采集并固定的水样加入砷化氢反应瓶中, 使其总量为50ml, 加5 ml浓盐酸, 在吸收管中加入1.5%氢氧化钠吸收液5.0 ml, 插入导气管, 于发生瓶中加入4克锌粒, 并立即将导气管与发生瓶连接, 使之反应1.5到2小时, 取出, 转移至50ml比色管中, 加水至40ml, 以下操作同校准曲线绘制, 并以水代替试样, 按相同操作步骤, 进行空白试验, 以此对试样作空白校正。测得的吸光度值扣除空白试验的吸光度后, 在校准曲线上查出硫化物的含量。

6 结果计算

硫化物的含量C (mg/L) 按下式计算:

式中:

m———由校准曲线上查出的硫量, μg;

V———水样体积, ml。

7 对比试验

取考核样、某冶炼厂废水、某受污染池塘水三种水样, 分别用改进的预处理方法和过滤—酸化—吹起分离法比较, 并对相关的结果进行对比。考核样、某冶炼厂废水和某受污染池塘水在两种处理方法下的结果对比如下:考核样通过改进的预处理方法, 含硫量分别是:0.089, 0.088, 0.087, 平均值为0.088;而通过过滤———酸化———吹起分离法, 含硫量分别是0.087, 0.088, 0.090, 平均值为0.0883, 两者相比, 改进的预处理方法要略优于过滤———酸化———吹起分离法。某冶炼厂废水通过改进的预处理方法, 含硫量分别是0.787, 0.789, 0.790, 平均值为0.789;而而通过过滤———酸化———吹起分离法, 含硫量分别是0.785, 0.787, 0.788, 平均值为0.787;两者相比, 前者要优于后者。某受污染池塘水通过改进的预处理方法, 含硫量分别是0.061, 0.063, 0.065, 平均值为0.063;而而通过过滤-酸化-吹起分离法, 含硫量分别是0.060, 0.061, 0.062, 平均值为0.061;前者要优于后者。

8 回收率试验

在组分趋于稳定并含有一定量硫化物的水样中, 加入一定量的S2-标准溶液, 配成加标样按照改进的预处理方法进行预处理并测定, 得出加标回收率。

9 结论

该预处理方法虽然反应时间稍长, 但方法操作简单, 且精密度与准确度、回收率试验结果也令人满意。

摘要：亚甲基兰分光光度法是测定水中硫化物的一种常用方法, 对于水样中悬浮物或浑浊度高、色度深及污染严重的水样, 其预处理方法较为繁琐, 笔者从实际工作需要, 改进了预处理的方法, 极大提高了工作效率。

关键词：硫化物测定,预处理,改进,方法

参考文献

[1]HJ/T60-2000.水质硫化物的测定碘量法.

亚甲基兰 篇3

1 实验部分

1.1 实验材料

羧甲基壳聚糖(自制)。

1.2 主要仪器和试剂

SHA-BC水浴恒温振荡箱;离心机TDZ4—WS;p H320-S酸度计;UV1102分光光度计;傅立叶红外光谱仪。

亚甲基蓝(C16H18Cl N3S.3H2O)。

1.3 实验方法

(1)亚甲基蓝溶液配制

准确称取10 mg亚甲基蓝药品于烧杯中,加水溶解完,转移到1L容量瓶,定容后摇匀,配制成10 mg/L的溶液。

(2)羧甲基壳聚糖对亚甲基蓝的吸附

取一定量的羧甲基壳聚糖放入100 ml浓度为10 mg/L的亚甲基蓝溶液中,在恒温振荡器常温条件下吸附振荡,振荡一定时间,每隔半小时吸取上清液,3 800 r/min离心7 min,在波长665 nm下,测定其吸光度A,计算脱色率。

式中,D为脱色率,A0和A1分别为吸附前后染料废水的吸光度。

2 结果与讨论

2.1 红外光谱表征

羧甲基壳聚糖与壳聚糖的红外光谱对比图,见图1。

由图1可见:N,O-羧甲基壳聚糖的红外光谱在3 452~3 000 cm-1处的强吸收峰变尖锐,强度变小。说明羟基和氨基存在的分子间氢键遭到破坏,在壳聚糖的羟基和氨基上发生了衍生反应。羧甲基壳聚糖在1 608 cm-1和1 419 cm-1处出现了羧甲基钠盐的特征吸收峰,分别为—CO2的不对称和对称伸缩振动吸收峰,而壳聚糖无1 409 cm-1吸收峰,说明壳聚糖发生了羧甲基化反应。1 032 cm-1处的一级羟基的C—O伸缩振动吸收峰明显减弱,有中等强度的吸收峰。在1 080 cm-1处O-H有面外弯曲振动峰,说明壳聚糖已经发生了羧甲基取代。

2.2 p H的影响

不同p H条件下,羧甲基壳聚糖吸附亚甲基蓝脱色率见表1。

由表1可知:在p H=2时,脱色率基本为0,这是由于羧甲基壳聚糖在强酸环境中完全溶解的缘故。p H逐渐增大,亚甲基蓝的脱色率也随之变大,p H为8时,脱色率最大。p H大于8时,脱色率变小,这是由于亚甲基蓝在水溶液中是呈+1价的有机阳离子[13],在较酸的的条件下,H+与正价的亚甲基蓝溶液产生竞争性吸附导致脱色率低[14]。亚甲基蓝在弱碱性条件下易于脱色,可能因为随着p H的增大,H+越来越少,亚甲基蓝的阳离子基团与羧甲基壳聚糖的带负电的羧基吸附点结合,有利于吸附。在强碱环境下,亚甲基蓝中的N原子电负性减小,染料呈现出来的阳离子性不太明显,所以与羧甲基壳聚糖中的-COOH的静电作用减弱,导致脱色率减小。

2.3 取代度的影响

取代度即每个糖单元上平均含有的羧甲基数。当p H=8,羧甲基壳聚糖投加量为0.1g,吸附时间为1h时,考察不同取代度对亚甲基蓝脱色率的影响,其结果见图2。

由图2所知,随着取代度的提高,脱色率逐渐增大,可能由于随着取代度的提高,羧甲基数量增多,使与亚甲基蓝反应的几率大,从而提高了脱色率。

2.4 脱乙酰度的影响

脱乙酰度即壳聚糖的活性基团自由氨基的含量。经不同脱乙酰度的壳聚糖改性后的羧甲基壳聚糖,在当p H=8,羧甲基壳聚糖投加量为0.1 g,吸附时间为1 h条件下,考察不同脱乙酰度对亚甲基蓝脱色率的影响,结果见图3。

由图3所知,随着脱乙酰度的提高,脱色率逐渐增大,可能由于随着脱乙酰度的提高,—NH2数量增多,随之在—NH2上的羧甲基反应几率增大,与亚甲基蓝反应的几率大,从而提高了脱色率。

2.5 温度的影响

温度对脱色率的影响见图4,由图可知,在一定范围内,升高温度有利于亚甲基蓝的脱色,在25℃时脱色率最大,高于25℃脱色率逐渐减小。可能由于该吸附为放热过程,低温度下有利于对亚甲基蓝的吸附。

2.6 正交优化实验

以p H、脱乙酰度、反应温度、取代度为四因素三水平正交实验,考察对亚甲基蓝脱色率的影响,见表2~3。

由表2可知:正交表中,脱色率最高为94%的因素水平为D2B1A3C3,与极差分析出来的优化方案D2B1A3C2不一致,所以要再次进行验证实验,结果表明,D2B1A3C3条件下,脱色率为92%。D2B1A3C2条件下,DS=93%。因此,羧甲基壳聚糖吸附剂对亚甲基蓝的脱色率影响程度大小的次序是,取代度>脱乙酰度>p H>温度。最高脱色率的最佳实验条件为D2B1A3C2,即取代度为0.9,脱乙酰度为80%,p H为8,反应温度为35℃。

通过F检验表,查得α=0.05和α=0.01时F1-α的值分别为12.06和5.41,计算结果见表3。

由表3可知,各影响因素均无显著影响,相对来讲,因素D的影响大些。

2.7 等温吸附线

图5为羧甲基壳聚糖在不同温度下(25、35、45℃)吸附亚甲基蓝的Freundlich等温吸附线,吸附等温线用式(2)拟合,结果见表4。

Freundlich方程:

由图5及表4可知,在不同的实验温度下,羧甲基壳聚糖对亚甲基蓝的吸附符合Freundlich等温吸附方程,吸附等温线模型方程相关系好,R2均在0.99左右。0﹤1/n<1,表明羧甲基壳聚糖表面分布着多种不同能量大小的吸附点[15],吸附比较容易。

2.8 吸附动力学

(1)平衡吸附量的测定

不同温度下的平衡吸附量,如图6所示,25oC为8.72 mg/g,35oC为7.34 mg/g,45oC为4.97 mg/g,吸附平衡时间均为60 min。

由图7及表5可知,在298K、308K、318K三个不同温度下,壳聚糖对亚甲基蓝的吸附过程符合伪二级动力学吸附速率模型,因为伪二级动力学模型包含吸附的所有过程,如表面吸附、外部液膜扩散和颗粒内部扩散等[16],该吸附过程是放热反应,降低温度有利于反应的进行,吸附速率常数也相应的减小。因此,吸附过程主要是化学吸附[[18]。

2.9 投资费用简要分析

在羧甲基壳聚糖吸附剂制备过程以及羧甲基壳聚糖吸附剂脱色过程中,采用的原材料为低脱乙酰度的壳聚糖,价格较便宜;实验设备易操作、实验试剂也较少且均为常规试剂、实验操作以及工艺流程简单可行不耗费人力成本。因此,羧甲基壳聚糖吸附剂制备投入成本和脱色运行费用较少,具有一定的市场优势。

3 结论

(1)羧甲基壳聚糖吸附剂对亚甲基蓝的脱色率影响程度大小的次序是,取代度>脱乙酰度>p H>温度。最高脱色率的最佳实验条件为D2B1A3C2,即取代度为0.9,脱乙酰度为80%,p H为8,反应温度为35℃,脱色率达到93%。

苯亚甲基苯乙酮合成方法的改进 篇4

无溶剂有机反应是指在反应体系中,除反应物外不加溶剂,通过研磨、光、热、微波及超声等手段使反应物之间直接接触发生反应[5]。实验发现,无溶剂反应为反应分子提供了新的介质环境,反应的选择性及转换率会得到改变和提高,由于没有反应溶剂,无溶剂有机反应的分离纯化也容易进行。无溶剂有机反应符合绿色化学的基本要求[6],其在有机合成中的应用越来越广泛[5]。鉴于无溶剂反应的环境友好性、原子经济性及高效选择性,我们以氢氧化钠和碳酸钾作为双组份固体催化剂,研究了苯甲醛与苯乙酮的无溶剂有机反应。结果发现在1:5 的氢氧化钠和碳酸钾双组份固体碱的催化下,室温研磨10 min,苯甲醛与苯乙酮高效地发生羟醛缩合、脱水反应,高产率地生成苯亚甲基苯乙酮,取得了很好的效果。

1 反应式

2 实验试剂及仪器

2.1 实验试剂

苯甲醛、苯乙酮、氢氧化钠、碳酸钾及95%乙醇均为分析纯。

2.2 实验仪器

研钵、布氏漏斗、抽滤瓶、循环真空水泵、玻璃钉、50 mL锥形瓶、表面皿。

2.3 测试仪器

(1)IR使用Testscan Shiadzu FTIR-8000红外光谱仪(KBr压片)。

(2)1H MNR使用Varian Mercury VS 300超导核磁共振仪(Me4Si作内标)。

(3)熔点仪使用VEB Wagetechnik Rapio PHMK05(未校正)。

2.4 操作步骤

称取NaOH 0.1 g(2.5 mmol)、K2CO3 1.735 g(12.5 mmol)混合于碾钵中研细,加入苯甲醛2.65 g(25 mmol)和3.12 g苯乙酮(26 mmol),室温下持续研磨10 min, 混合物成固状,加入15 mL水,搅拌,抽滤,水洗。不溶的固体用95%乙醇重结晶得浅黄色片状晶体,干燥后称重4.94 g,产率95%,m.p. 56～57 ℃。

3 实验结果与讨论

作为构造C-C键的有力手段之一,醛和烷基酮的反应在有机合成中占据着非常重要的地位,广泛应用于有机中间体的制备和天然产物的合成,因此受到有机合成工作者的广泛关注。如图1所示,芳香醛与烷基芳基酮(如苯乙酮)在不同条件下反应,能够提供五种类型的产物:2-羟基酮(aldol反应产物),α,β-不饱和酮(缩合反应产物),1,5-二酮,多取代环己醇及考斯基三酮(Kostanecki's triketone),其中前四种产物都易于合成分离得到,而考斯基三酮尽管早在十九世纪Kostanecki就预言这种线性三酮的存在,但一直都未确认其结构。最近,我们研究组在研究双组份固体催化剂催化醛酮反应时,分离得到少量的考斯基三酮并获得其单晶衍射数据[7],从而确认了其结构。考斯基三酮作为反应的中间体,易于转变为多取代环己醇,所以一般难以分离得到。

考察氢氧化钠和碳酸钾双组份固体催化剂在无溶剂条件下催化苯甲醛与苯乙酮的反应发现,双组份固体催化剂的组成是决定苯甲醛与苯乙酮反应产物的主要因素。在不同的条件下,我们可以分别高产率地得到查尔酮和多取代环己醇[8]。如表1所示,当n(NaOH):n(K2CO3)≥ 2:1时,NaOH的浓度高时,反应主要生成1,3,5-三苯基-2,4-二(苯甲酰基)环己醇(产率:>90%);降低NaOH的浓度,当2:1>n(NaOH) :n(K2CO3)≥1:5时,反应得到的是1,3,5-三苯基-2,4-二(苯甲酰基)环乙醇,1,3,5-三苯基-1,5-戊二酮,查尔酮和考斯基三酮(少量,有时难以分离出来)的混合物;继续降低NaOH的浓度,当n(NaOH):n(K2CO3)=1:5时,反应则主要生成查尔酮(产率: 95%);如果NaOH的浓度再进一步降低,n(NaOH):n(K2CO3)<1:5,则反应效率较低。

实验结果表明双组份固体催化中NaOH的浓度对反应产物的组成有决定影响,这可能与反应过程中碳负离子的生成有关。双组份催化剂中NaOH的浓度高,可以保证每一步反应中碳负离子的生成,生成的碳负离子就可以作为亲核试剂持续地进攻羰基或α,β-不饱和酮等生成多取代环己醇,而不会停留在查尔酮或1,5-二酮及考斯基三酮阶段;NaOH的浓度降低,则使反应历程中某些步骤不能有效生成碳负离子,从而使部分反应中间体停留在1,5-二酮及考斯基三酮阶段(主要是1,5-二酮,考斯基三酮更多地转变为多取代环己醇),所以会得到一个混合物;当NaOH的浓度较低时,碳负离子生成较难,反应会停止在查尔酮这一步。实验过程中并没有分离得到2-羟基酮产物,这说明在碱性条件下,醛酮反应难以停留在aldol反应这一步,更易发生脱水生成查尔酮。

4 结 论

无溶剂反应条件下,苯甲醛与苯乙酮在1:5的氢氧化钠和碳酸钾双组份固体碱的催化下,室温研磨10 min即可获得95%的产率。相对于传统的合成方法,反应时间由1.5～2 h减少到10 min, 产率也有所提高,并且简化了实验的分离纯化过程。总之,与传统合成方法相比,这种无溶剂有机合成反应具有反应时间短、产率高、易纯化、物耗低及污染少等特点,体现了化学实验教学绿色化的改革目标。另外,通过这种无溶剂反应,也可以高产率地制备多取代环己醇,为环己醇衍生物的高效制备提供了一条新思路。

参考文献

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亚甲基兰 篇5

关键词：生物焦,吸附能力,ANN,预测

0 引言

活性炭因其多孔、堆积密度低、比表面积大的特点而被广泛应用于脱色、过滤、吸附有害物质等多个领域,如水的净化处理、空气干燥和催化剂载体等。生物焦作为生物质高温热解过程的残留物,具有丰富的孔隙结构[1],是用来制作活性炭的良好原料。研究表明,热解工艺参数如温度、升温速率、活性剂等[2]对制得的生物焦的孔隙、表面结构有着显著的影响。当温度较低时,在生物质炭化阶段,大部分非碳元素如氢、氧会由于生物质裂解不充分而未能以气体形式挥发出去,造成生物焦孔隙不饱满而降低其吸附能力;当升温速率过快时,部分生物质不能均匀受热,从而造成大部分挥发气体来不及挥发,进而影响生物焦的吸附能力。因此,研究热解工艺参数对生物焦吸附能力的影响,以及预测不同工艺条件下制得的生物焦吸附能力都显得尤为重要。

根据上述分析,热解过程中不同工艺条件对生物焦孔隙形成因素的影响是复杂和非线性的,以至于它们之间很难建立准确的数学模型。BP神经网络不需要对输入变量做过多的假定,通过对输入输出变量之间的训练和对历史数据的学习归纳,获得它们之间的逼近曲线进而对生物焦吸附能力进行预测,这与常规的预测方法如回归分析、指数平滑等不同,它克服了参数设计和建立数学模型的困难。因此,笔者基于BP神经网络原理,利用Matlab的人工神经网络工具箱,选取粒径、升温速率、终温3个工艺因素,自编程序,对不同工艺条件下制得的生物焦的吸附能力进行预测,降低了生物焦吸附能力预测的难度。

1 实验

1.1 材料与设备

不同工艺条件下制得的生物焦(如表1所示);亚甲基蓝,分析纯,北京瀛海精细化学试剂有限公司;电子天平,BSA124S,d=0.0001 g,德国赛多利斯仪器系统有限公司;恒温水浴锅,XMT-DA,余姚市亚星仪表有限公司;G53紫外-可见光分光光度仪,GS53,上海凌光技术有限公司。

1.2 实验方法

(1)分别配制4mg/L、8 mg/L、12 mg/L、16 mg/L、20 mg/L的标准亚甲基蓝溶液。

(2)用G53紫外-可见光分光光度仪在波长665nm、以清水为空白基准的条件下测得制备的亚甲基蓝溶液的吸光度分别为0.6156、1.0732、1.5959、2.0384、2.4026,拟合得:

A=0.1834+0.1135C (R=0.9952)

式中:A为吸光度;C为被测亚甲基蓝浓度。

(3)将0.1g生物焦样品置于烧杯中,加入40 mg/L的标准亚甲基蓝溶液50 mL并搅拌10 min;待充分混合后,静放于水浴锅中30 ℃恒温3 h。

(4)取一定量的上层清液,用G53紫外-可见光分光光度仪测量665nm处的吸光度,由平衡吸附公式得出生物焦对亚甲基蓝的吸附量。

qt=(C0-Ct)V/W

式中:qt为平衡时吸附量(mg/g);C0为亚甲基蓝的初始浓度(mg/L);Ct为亚甲基蓝t时间后吸附平衡时的浓度(mg/L);V为溶液的体积(L);W为样品的质量(g)。

2 结果与分析

2.1 生物焦制备工艺与吸附量的关系

由实验可得到不同粒径、终温、升温速率下制得的生物焦对亚甲基蓝的吸附量,如表1所示。生物焦在终温800 ℃时吸附量最大,热解温度升高会使生物质的挥发程度更大,孔隙结构更丰富,但是过高的热解温度也会烧蚀生物焦表面的部分结构,使得吸附量下降[3];在其他工艺条件不变时,粒径30～60目制得生物焦的吸附量最大,粒径30目以下制得生物焦的吸附量最小,大约是粒径30～60目生物焦吸附量的70%;同时,升温速率对生物焦吸附量也有一定的影响,平均来说,升温速率为20 ℃/min时热解得到的生物焦的吸附量较大。但是,粒径、终温、升温速率与生物焦的吸附量的关系很难用传统的数理方法来建立数学模型。因而,设计合理的神经网络并通过对系统输入输出对象的自动学习、自动组织和适应,训练出一个可归纳全部数据的特定网络,进而对数据进行预测显得尤为重要。

2.2 基于ANN的生物焦吸附量预测

2.2.1 BP网络模型的建立

BP网络是前向多层网络,利用误差反向传播法(Back-propagation)对网络进行训练,由于其结构简单、可塑性强,在函数逼近、模式识别、信息分类、数据压缩等领域应用广泛[4]。

ANN理论已经证明:具有1个隐含层的3层BP网络能够逼近任何有理函数[5]。本研究设定隐层数为1,网络结构为3-10-1。输入节点(变量)为3,分别是粒径Pr、升温速率Pv、终温Pt,即网络的输入向量(Pr,Pv,Pt),记为P=(P1,P2,P3);隐层神经元数目为10;输出节点(变量)为1,则目标向量T=(m)。网络结构如图1所示。

2.2.2 BP网络模型的训练

取表1中19组各工艺参数向量P和生物焦吸附量T作为训练样本,利用Matlab中BP网络工具箱函数,编写程序对其进行训练。学习速率设为0.1,判断样本均方差MSE设为0.0005(即MSE=0.0005时,训练结束)。具体训练过程如下[4,6]:

(1)初始化。对权值矩阵Wjt、Vij和阀值θt、γj赋予[-1,1]的值。

(2)输入训练样本P、T,计算各层输出。对于输出层,有:

Yt=f(nett) t=1

nett=undefinedWjtLj-θtt=1

对于隐层,有:

Sj=f(netj) j=1,2,…,10

netj=undefinedVijPi-γjj=1,2,…,10

(3)计算网络输出误差Ekt。网络目标向量Tk=(m),网络的实际输出为Yt,则输出误差Ekt为:

Ekt=(mt-Yt)·Yt(1-Yt) t=1

(4)计算各中间层误差dkj。由Ekt、Vij和隐层输出Sj可知:

dkj=(undefinedEt·Vij)·Sj(1-Sj) j=1,2,…,10

(5)调整各层权值和阀值。由输出误差Ekt和层误差dkj来修正连接的权值和阀值。

(6)检查是否所有样本完成一次轮训。完成则转步骤(7);否则返回步骤(2)。

(7)检查网络总误差e是否达到精度要求。若e小于预先设定的最小值,则训练结束;否则返回步骤(2)。

2.2.3 BP网络模型的预测结果与分析

训练结果显示,当训练次数为6634时,均方误差MSE为0.0004999,低于设定值0.0005。此时,Training-blue曲线(逐渐下降的曲线)与Goal-black水平直线交汇,如图2所示。

将参与训练的19组样本输入训练后,得到的BP网络的预测值如表1所示。

实验有3个水平因子、3个因素,根据正交试验的设计原则,采用L9正交表,选取9组未参与训练的正交样本输入训练好的BP网络进行预测。预测结果如表2所示。因素水平如表3所示。

由表1可以看出,BP网络有着较高的预测精度,最大的绝对误差为0.0406,平均相对误差3.58%,能够满足预测误差的要求。因此可以认为,BP网络适用于此类数据的处理。

从表2可以看出,对于未参与训练的9组正交数据,BP网络预测结果的平均相对误差为16%,与实际数据的吻合度较高,能够满足实际预测的需求。这表明BP网络可以提前对生物焦吸附能力进行预测,大大有利于寻找生物质热解气与生物焦制活性炭的结合点,从而更大程度地提高生物质能的利用率。

3 结论

(1)人工神经网络能够较好地预测生物焦吸附能力的大小,平均相对误差为3.58%。未参与训练的样本采用正交实验设计,对组合进行简化,布点均衡,减少实验次数并能兼顾预测的充分性。

(2)BP神经网络可用于提前预测生物焦的吸附能力,有助于寻找热解气和生物焦制活性炭的关联处和最优点,可减少实验的盲目性。

参考文献

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微硅粉对亚甲基蓝吸附性能的研究 篇6

关键词：微硅粉,亚甲基蓝,吸附

1 概述

硅石在高温熔炼过程中, 产生大量挥发性很强的Si O2和Si气体, 与空气迅速氧化并冷凝, 产生大量微硅粉, 微硅粉呈灰白色, 按含碳量多少, 颜色深浅略有不同, 白度40-50。平均粒径为0.15-0.20um, 比表面积为20000m2/kg。微硅粉是一种超微固体物质, 火山灰活性90%, 其主要成分为二氧化硅, 含量一般85-98%, 其他由氧化钠、氧化钙、氧化镁、氧化铁、氧化铝和碳等组成[1]。过去微硅粉一直被认为是一种工业废弃物, 近年来开始应用在特殊工程中使用的混凝土、耐火材料、水泥等重要领域。然而微硅粉用于染料废水处理方面鲜有报道。文章以有机染料亚甲基蓝为吸附质, 四川长矶金属工业公司微硅粉为吸附剂, 进行液相等温吸附, 为进一步开展微硅粉净化印染废水奠定了基础。

2 实验相关分析

2.1 实验材料与仪器

微硅粉 (四川长矶金属工业有限公司)

亚甲基蓝 (成都市科龙化工试剂厂)

722型可见分光光度计 (上海菁华科技仪器有限公司)

ME204E型电子天平 (托利多仪器有限公司)

10-12型箱式电阻炉 (北京永光明医疗仪器有限公司)

101A-2型数显电热鼓风干燥箱 (上海浦东莱丰科学仪器有限公司)

JJ-1型增力电动搅拌器 (江苏金坛医疗仪器厂)

PHS-3C型酸度计 (上海佑科仪器仪表有限公司)

2.2 实验方法

2.2.1 样品制备

实验所用微硅粉来自四川长矶金属工业有限公司, 使用前在100℃干燥箱中烘干2h后冷却至室温。

2.2.2 实验过程

吸附采用静态实验方法。将0.50g微硅粉分别与不同浓度的50.0m L亚甲基蓝溶液在烧杯中搅拌20min, 取上层清液过滤测浓度, 绘制吸附等温线。取初始浓度为50.0mg L的亚甲基蓝溶液50.0m L并加入0.20g微硅粉开始搅拌, 每隔一定时间依次从烧杯中取上层清液过滤分析亚甲基蓝浓度, 绘制吸附速率曲线。考察了不同PH值、温度、微硅粉用量对吸附率的影响。将吸附亚甲基蓝达饱和的微硅粉干燥并在高温600℃下煅烧2h, 考察微硅粉的再生性能。

2.3 分析方法

采用分光光度法通过测定亚甲基蓝溶液吸光度来确定亚甲基蓝浓度。分别配置不同浓度的亚甲基蓝溶液用分光光度计在665nm处以蒸馏水为空白测定各溶液的吸光度, 进行线性回归得标准曲线方程A=0.09156C+0.005537 r=0.99996 (n=5) 。

2.4 微硅粉平衡吸附量的测定

精确称取0.30g 80℃干燥的微硅粉试样于锥形瓶中, 分别加入50.0m L不同浓度的亚甲基蓝溶液 (2 mg/L、5 mg/L、10 mg/L、20 mg/L、50 mg/L) , 在恒温水浴上于20℃振荡反应20min, 在达吸附平衡后过滤取上层清液, 用分光光度计于665nm处测溶液A, 计算亚甲基蓝的平衡浓度, 根据公式 (1) 、 (2) 计算不同平衡浓度下微硅粉的吸附量。

吸附率采用反应前后浓度变化在665nm最大吸收波长处吸光度计算, 计算公式为:

式中:

A0-反应前溶液的吸光度值;

A-反应后溶液的吸光度值。

吸附剂对亚甲基蓝的吸附量由下式计算, 计算公式为:

式中:

C0-吸附前溶液的浓度 (mg/L) ;

C-吸附后溶液的浓度 (mg/L) ;

m-微硅粉的质量 (g) ;

q-微硅粉的平衡吸附量 (mg/g) 。

3 结果与讨论

3.1 微硅粉用量对吸附性能的影响

在20℃下加入不同质量的微硅粉, 测定不同质量微硅粉对亚甲基蓝的吸附率, 见表2。微硅粉用量对吸附率的影响如图1所示。 (亚甲基蓝溶液体积100m L, 浓度50.0mg/L) 。亚甲基蓝吸附率随着微硅粉用量的增加而提高, 当微硅粉用量达到1.00g, 水中的亚甲基蓝吸附率可达到95%, 此后随着用量增加而吸附率增加, 但增加幅度很小, 说明吸附已达到饱和, 所以从经济角度出发, 在实践中应根据溶液浓度确定较优的微硅粉用量。

3.2 吸附等温线

微硅粉在亚甲基蓝不同浓度下吸附性能测定数据见表3。

采用langmuir吸附等温式来描述吸附量q与平衡浓度c的关系, 来比较亚甲基蓝溶液不同浓度时微硅粉的吸附容量。累托石对亚甲基蓝的吸附符合langmuir吸附等温式[2], 若微硅粉对亚甲基蓝的吸附也符合langmuir吸附等温式, 则q与c应满足c/q=1/bq (max) +c/q (max) , 式中q (max) 为饱和吸附量, b为常数, c为平衡浓度。以c/q对c作图得一直线, 见图2, 并求得直线方程及对应直线的相关系数:c/q=0.04717c+0.4156 r=0.9997。由上述直线斜率可求出饱和吸附量q (max) =21.20g, 由直线截距和q (max) 可求出b值为0.1135。

3.3 时间对亚甲基蓝吸附性能的影响及吸附速率曲线

微硅粉对亚甲基蓝吸附速率曲线如图3所示。由此可见, 微硅粉对亚甲基蓝吸附速率较快, 吸附时间为20min时亚甲基蓝吸附率可达92.97%;随着时间延长, 吸附率增长不多, 说明吸附已趋于平衡。由此可知, 微硅粉可以迅速有效的吸附水溶液中的亚甲基蓝。

粉煤灰对亚甲基蓝的吸收速率符合准二级吸附动力学方程[4], 若微硅粉对亚甲基蓝也符合准二级动力学吸附方程, 则q与t应满足:t/q=1/ (k×qe2) +1/qe×t, 式中:q, qe分别为吸附平衡及t时刻的吸附量 (mg/g) ;t为吸附时间 (min) ;k为准二级吸附速率常数[g/ (mg·min) ]。以t/q对t作图得一直线, 见图4, 并求得直线方程及对应直线的相关系数:t/q=0.2025t+0.3210 R=0.9999, 表明准二级吸附动力学方程能够反映亚甲基蓝在微硅粉上的吸附机理, 整个吸附过程包含了外部液膜扩散、颗粒内部扩散合表明吸附等, 其准二级吸附速率常数k=0.1278 g/ (mg·min) 。

3.4 温度对吸附性能的影响

采用亚甲基蓝溶液50.0m L, 浓度50.0mg/L, 微硅粉用量0.50g, 在不同温度下, 实验微硅粉对亚甲基蓝的吸附影响。实验数据见表5, 根据实验数据绘制温度对吸附性能影响的曲线, 如图5所示。

由图5可见, 微硅粉对亚甲基蓝的吸附率随着温度的升高而增大, 这是因为亚甲基蓝微溶于冷水, 随着温度的升高溶解度增加, 产生了更多的一价季铵盐离子基团MB+, 微硅粉由于在晶格中存在可交换性阳离子, 因离子交换使微硅粉对亚甲基蓝的吸附率相应提高。由图5还能看出, 即使在20℃的条件下, 吸附率也可达90%以上, 说明常温下微硅粉也能有效吸附水溶液中的亚甲基蓝。

3.5 PH值对吸附率的影响

实验采用亚甲基蓝溶液50.0m L, 浓度50.0mg/L, 微硅粉用量0.20g时, 不同PH值对吸附率的影响数据见表6, 绘制为吸附曲线如图6所示。曲线表明PH对吸附率有较大影响。在酸性条件下, 微硅粉吸附的金属离子溶出, 增加了吸附面积, 有利于对亚甲基蓝的吸附;在碱性环境下微硅粉对亚甲基蓝的吸附率相对较高。这是因为碱性环境有利于溶液产生更多的一价有机阳离子的季铵盐离子基团MB+, 提高了微硅粉对亚甲基蓝的吸附率;当PH降到更低时, 亚甲基蓝部分质子化生成MBH2+, 阳离子浓度提高导致吸附率反而变大[2]。

3.6 吸附亚甲基蓝饱和的微硅粉再生实验

先将0.50g微硅粉投入50.0m L浓度为100.0mg/L的亚甲基蓝溶液中进行吸附实验, 时间60min。将吸附亚甲基蓝饱和的微硅粉依次干燥、600℃高温下煅烧2h, 然后再进行第二次吸附实验, 条件与第一次相同。再将微硅粉重新进行第二次干燥、煅烧, 接着进行第三次吸附实验, 条件同前。实验结果如表7所示。

由表7可知, 微硅粉吸附亚甲基蓝达饱和经600℃高温煅烧再生之后对亚甲基蓝吸附率仍可达94%以上, 说明微硅粉的重复利用性较好。

4 结束语

(1) 微硅粉对亚甲基蓝的吸附率随着微硅粉用量增加而增大, 当微硅粉用量增大到1g以上, 吸附率增加缓慢。

(2) 微硅粉对亚甲基蓝的最大吸附量达21.2mg/g, 其吸附规律较好的符合langmuir吸附等温式。

(3) 微硅粉对亚甲基蓝吸附速率较快, 在20℃条件下0.2g微硅粉对50.0m L含50.0mg/L的亚甲基蓝溶液吸附时间为20min时, 亚甲基蓝的吸附率可达92.97%。

(4) 微硅粉对亚甲基蓝的吸附随着温度升高而增加, 在20℃条件下吸附率达到90.84%, 说明在常温下也能有效吸附亚甲基蓝。

(5) PH对吸附率有较大影响。在酸性或碱性条件下, 微硅粉对亚甲基蓝的吸附率都较中性条件下高, 碱性越大越能发挥微硅粉的吸附性能。

(6) 吸附亚甲基蓝达饱和的微硅粉经高温煅烧再生之后, 对亚甲基蓝的吸附率达94%以上, 说明微硅粉的重复利用性较好。

参考文献

[1]实用工业硅技术编写组.实用工业硅技术[M].化学工业出版社, 2005:150-156.

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[3]张国义, 程勇.二氧化硅对亚甲基蓝吸附性能的影响[J].环保科技, 2010, 16 (3) :23-25.

亚甲基兰 篇7

由于纳米碳纤维上述优异的物理化学性能以及应用前景, 如何获得满足特殊需要的纳米碳纤维结构对其制备技术提出了较高的要求。关于纳米碳纤维的制备, 国内外有许多相关的报道[7,8,9]。目前常用的有电弧放电法、激光蒸发法、电场纺丝法和化学气相沉积法 (CVD) 。其中CVD法操作简单, 制备得到的纳米碳纤维纯度高、产量大, 并且可以通过调整工艺条件进而有效地调控纳米碳纤维的结构, 是一种理想的制备纳米碳纤维的方法[10,11]。目前, 面向特定应用, 将纳米碳纤维结构化, 即固化在具有有序结构的宏观基体上, 以期获得大量、取向性好、形貌和结构可控的样品已经成为该领域的研究热点[12,13,14,15]。

本研究采用化学气相沉积法 (CVD) 在有序宏观基体材料 (SiO2纤维和蜂窝陶瓷体) 上合成了纳米碳纤维, 对固化在2种不同形貌宏观基体材料上的纳米碳纤维的结构、形貌、组成进行了分析, 对比考察了固化在2种不同宏观基体材料上的纳米碳纤维对亚甲基蓝的吸附性能, 并对吸附机理进行了推测分析。

1 实验部分

1.1 纳米碳纤维在SiO2纤维 (SF) 上的固化

1.1.1 制备NiO/SF整体催化剂

称取0.2gSiO2纤维浸渍在以乙醇为溶剂的0.3mol/L的Ni (NO3) 2·6H2O溶液中10min, 然后进行真空抽滤和110℃干燥处理, 用以去除表面过剩溶液, 经300℃焙烧后得到NiO/SF整体催化剂。

1.1.2 化学气相沉积法制备纳米碳纤维

化学气相沉积生长纳米碳纤维选定在550℃条件下进行。首先NiO/SF整体催化剂放置在石英反应管的恒温区, 通入N2保护将反应体系升至550℃, 然后通入流量为320mL/min的CH4气体, 常压下反应2h后冷却至室温即得固化在SiO2纤维上的纳米碳纤维。

1.2 纳米碳纤维在蜂窝陶瓷体 (CC) 上的固化

在蜂窝陶瓷体上化学气相生长纳米碳纤维的方法与SiO2纤维类似。

1.3 亚甲基蓝的吸附性能测试

首先配制100mL浓度为20mg/L的亚甲基蓝溶液, 15℃下置于速率为200r/min摇床中震荡均匀, 测其初始吸光度, 然后称取0.1g CNFs/SF整体 (CNFs担载量约为重量比40wt%) 浸渍上述溶液中, 震荡吸附80min, 在不同时间取样分别用紫外可见分光光度计在664nm波长下测其溶液的吸光度。另取同等质量的SiO2纤维在上述同等条件下进行吸附性试验测试, 作为空白样品分析。同样负载纳米碳纤维的蜂窝陶瓷体吸附性能测试与SiO2纤维类似, 实验中分别称取1g CNFs/CC (CNFs担载量约为重量比27wt%) 和CC在其它上述不变的条件下进行亚甲基蓝吸附性能测试分析。

反应t时刻样品对亚甲基蓝的吸附量和去除率按式 (1) 计算。

式 (1) 中, Q为吸附量, mg/g;η为去除率;C0、Ct为亚甲基蓝溶液的初始浓度和t (h) 时亚甲基蓝的浓度, mg/L;V为亚甲基蓝溶液的体积, L;m为样品的总质量, g。

1.4 样品分析与表征

采用SU-1500型场发射扫描电镜对样品的微观结构和晶粒形貌进行观察;采用Bruke Advance D8型X射线粉末衍射仪对样品进行晶相结构分析;采用尤尼柯2808型紫外-可见分光光度仪测定溶液的吸光度, 用以计算吸附量和去除率。

2 结果与讨论

2.1 不同基体材料上固化纳米碳纤维的SEM表征

图1 (a) 是化学气相沉积反应前SiO2纤维基体的SEM图。由图1 (a) 可看出SiO2纤维呈长棒状且表面比较光滑, 直径约为7.5μm。图1 (b) 是化学气相沉积反应后固化在SiO2纤维上的纳米碳纤维的SEM图, 从图1 (b) 可看出纳米碳纤维均匀且大量负载在SiO2纤维上, 具有纤维状结构并且互相交织在一起形成致密有序的纳米碳纤维层。通过图1 (a) 和图1 (b) 的对比, 可以计算出SiO2纤维上所生成的纳米碳纤维层厚约3.3μm。同时, 从高分辨率的SEM图1 (c) 可看出纳米碳纤维的直径分布大约在60~80nm。

图1 (d) 是化学气相沉积反应前蜂窝陶瓷体的SEM图。由图1 (d) 可知, 本实验采用的蜂窝陶瓷体基体材料为方孔型蜂窝陶瓷体, 其孔格宽为1.6×1.6mm, 其表面相对平整。图1 (e) 和图1 (f) 是化学气相沉积后固化在蜂窝陶瓷体上的纳米碳纤维的SEM图, 通过观察发现, 方孔型蜂窝陶瓷体的孔壁四周都生成了致密有序的纳米碳纤维, 并且生成的纳米碳纤维也是呈纤维状结构且互相交织在一起, 具有与SiO2纤维相似的形貌。并且从高分辨率的SEM图1 (f) 发现纳米碳纤维的直径分布大约在60~90nm。此外, 经计算, SiO2纤维和蜂窝陶瓷体上CNFs的担载量分别约为40% (wt, 质量分数, 下同) 和27%, 这表明SiO2纤维作基体材料更容易在其表面生成大量致密有序的纳米碳纤维层。

(a:SF, b和c:CNFs/SF, d:CC, e和f:CNFs/CC)

2.2 不同基体材料上固化纳米碳纤维的XRD分析

为了明确2种不同基体固化纳米碳纤维的物相结构组成, 我们分别对化学气相沉积前后的2种不同样品进行了XRD分析, 结果见图2。图2 (a) 为SiO2纤维及固化纳米碳纤维的SiO2纤维的XRD图谱, 从图2 (a) 可以发现在2θ=21.0°附近都出现了相对较宽的SiO2纤维特征衍射峰。XRD图谱中碳纤维在2θ=25.2°出现明显的衍射峰, 对应石墨层 (002) 晶面, 这证实了以SiO2纤维为基体合成得到了纳米碳纤维。此外, 在2θ=44.1°、51.8°和76.3°可以清楚地观察到单质Ni的 (110) 、 (200) 、 (220) 晶面的特征衍射峰。并且从图中可以看出单质Ni (对应 (110) 晶面) 的特征衍射峰相对较强, 这是因为在采用化学气相沉积法合成纳米碳纤维的过程中, Ni催化剂未被分离, 有些聚集, 一直存在于纳米碳纤维的顶部, 导致生成的纳米碳纤维石墨化程度相对较低。

图2 (b) 表示蜂窝陶瓷体及固化纳米碳纤维的蜂窝陶瓷体的XRD谱图。从图2 (b) 可看出蜂窝陶瓷体典型的特征衍射峰[13]。仔细观察, 在2θ=25.2°附近出现了极其弱小的石墨主特征衍射峰 (对应 (002) 晶面) , 这也证实了在蜂窝陶瓷体上同样可以合成得到纳米碳纤维。之所以出现的石墨特征峰极其弱小, 一方面可能是由于化学沉积过程中生成的无定形碳较多;另一方面可能与蜂窝陶瓷体复杂成分有关, 蜂窝陶瓷体组分的出峰位置掩盖了石墨的特征峰。

2.3 亚甲基蓝吸附性能测试分析

众所周知, 纳米碳纤维本身具有较好的染料吸附性能, 因此我们也将上述2种结构化的纳米碳纤维对亚甲基蓝吸附性能进行了测试, 结果见图3。通过对图3的数据分析, 可以计算出80min时SF、CNFs/SF、CC及CNFs/CC对亚甲基蓝的吸附值及其去除率, 结果见表1。

从表1可知, SF为惰性物质, 它对亚甲基蓝溶液几乎没有吸附性, CC则对亚甲基蓝有一定的吸附性能, 而得到的CNFs/SF、CNFs/CC对亚甲基蓝的吸附能力明显增强, 这表明CNFs在2种宏观基体材料的固化使得样品对亚甲基蓝去除率产生较大程度地增加, 从图3中曲线的变化趋势也可以推断, 进一步加大CNFs/SF、CNFs/CC的投放量, 将可达到更高的去除率。从表1还可以清晰、直观的发现80min时CNFs/SF对亚甲基蓝的吸附量要高出CNFs/CC对亚甲基蓝的吸附量2倍多, 表明SiO2纤维作为基体材料合成得到的CNFs/SF复合材料具有更优的吸附亚甲基蓝的反应性能, 这可能是因为纳米碳纤维固化在SiO2纤维之后得到蓬松状的宏观基体与微观微粒相复合的多孔材料, 起到类似“海绵效应”, 可以提供更广的吸附空间, 同时由于所生成的纳米碳纤维表面具有少量极性含氧官能团, 因而增强了对亚甲基蓝的吸附效率。

3 结论

(1) 以甲烷为碳源, 镍为催化剂, 采用化学气相沉积法在SiO2纤维和蜂窝陶瓷体上均能生成致密有序的纳米碳纤维, 提供了一种纳米碳纤维的固化技术。并且与蜂窝陶瓷体相比, SiO2纤维作基体材料更容易生成高质量的纳米碳纤维。