Ca掺杂对煤基多孔炭的结构调控及甲苯吸附机制研究

《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。