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《Ca掺杂对煤基多孔炭的结构调控及甲苯吸附机制研究》是一篇关于煤基多孔炭材料在环境治理领域应用的研究论文。该论文主要探讨了通过钙(Ca)元素的掺杂,对煤基多孔炭的微观结构进行调控,并进一步分析其对甲苯吸附性能的影响。研究结果对于开发高效、低成本的吸附材料具有重要意义。
煤基多孔炭作为一种重要的吸附材料,因其来源广泛、成本低廉以及良好的物理化学稳定性,在环境污染治理中得到了广泛应用。然而,传统的煤基多孔炭在吸附能力、选择性以及再生性能方面仍存在一定的局限性。因此,如何通过改性手段提高其吸附性能成为当前研究的热点之一。
在本研究中,作者采用了一种简便的方法,将钙元素引入到煤基多孔炭中,通过控制掺杂比例和制备条件,实现了对材料微观结构的调控。研究表明,Ca的掺杂能够显著改变煤基多孔炭的孔径分布、比表面积以及表面化学性质。具体而言,随着Ca含量的增加,材料的微孔比例有所下降,而介孔比例则相应上升,这表明Ca的掺杂有助于形成更加均匀的孔结构。
此外,研究还发现,Ca的掺杂可以改善煤基多孔炭的表面官能团组成,使其具备更强的极性特性。这种变化不仅增强了材料与甲苯分子之间的相互作用力,也提高了其对甲苯的吸附能力。实验结果表明,在一定范围内,随着Ca掺杂量的增加,煤基多孔炭对甲苯的吸附容量呈现出先增大后减小的趋势,最佳掺杂比例为2%左右。
为了深入理解Ca掺杂对甲苯吸附的影响机制,研究者还利用多种表征手段对材料进行了系统分析。例如,通过X射线衍射(XRD)分析发现,Ca的引入并未破坏煤基多孔炭的基本晶体结构,而是以固溶体的形式存在于材料中。傅里叶变换红外光谱(FTIR)结果显示,Ca的掺杂改变了材料表面的含氧官能团种类和数量,从而影响了其吸附行为。
同时,研究者还通过吸附动力学和等温线实验,评估了Ca掺杂煤基多孔炭对甲苯的吸附性能。结果表明,该材料在吸附过程中符合准二级动力学模型,说明吸附过程主要受化学吸附控制。此外,Langmuir等温线模型的拟合结果表明,Ca掺杂后的材料具有更高的最大吸附容量,表明其对甲苯的吸附能力得到了显著提升。
研究还进一步探讨了Ca掺杂对煤基多孔炭再生性能的影响。实验发现,经过多次吸附-脱附循环后,Ca掺杂材料仍然保持较高的吸附效率,表现出良好的稳定性和可重复使用性。这一特性使得该材料在实际应用中更具优势。
综上所述,《Ca掺杂对煤基多孔炭的结构调控及甲苯吸附机制研究》通过系统的实验设计和表征分析,揭示了Ca掺杂对煤基多孔炭结构和吸附性能的影响机制。研究成果不仅为煤基多孔炭的改性提供了新的思路,也为工业废气中挥发性有机物(VOCs)的治理提供了可行的技术路径。
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