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理论与研究 杨高峰·水热法羧基碳微球吸附铕 (III) 动 / 热力学研究

水热法羧基碳微球吸附铕 (III)

动 / 热力学研究

杨高峰
( 榆林化工能源学院，陕西 榆林 718100)

摘要 ： 本文以葡萄糖和丙烯酸为原料，通过一步水热法合成表面含羧基的碳微球 (HC-AA)，通过扫描电镜 (SEM) 和红外光
谱(FT-IR) 对其结构及表面功能基团进行了表征。同时研究了 HC 和 HC-AA 对铕 (III) 的吸附性能，并讨论了铕 (III) 溶液初始
pH 值，振荡时间，铕的初始溶度和温度对两者吸附铕 (III) 的影响，并用 Langmuir 和 Freundlich 吸附等温模型研究两种碳的吸
附铕 (III) 平衡时的数据 ；用准一级和准二级动力学模型研究了其动力学特性。热力学结果表明 HC 和 HC-AA 吸附铕 (III) 都是吸
热和自发的过程。
关键词 ： 碳微球 ；吸附性能 ；动力学特性 ；自发过程 ；表面功能化
中图分类号 ： TQ323.5 文章编号 ： 1009-797X(2019)10-0009-07
文献标识码 ： B DOI:10.13520/j.cnki.rpte.2019.10.002

碳元素是最常见元素之一，元素周期表第 IV 主 很大的价值作用。在合成碳微球方法上以前的一些合
族，原子的内层只有 1S 轨道，外层的 2S、2P 两轨道 成方法往往是高能耗的合成方法，而且合成出来的碳
很容易杂化成键，除了形成单键外还可能形成双键和 微球纳米材料表面都比较难功能化，寻求一种新的方
三键。由于炭原子间奇异的成键方式，使之能够形成 法制备全新的碳微球纳米材料必然是一大挑战。
环状、网状、链状等结构，使得炭元素同素异构体结 本文用水热炭来吸附铕，旨在探索一条天然资源
构多样化。从 80 年代以来，C 60 、C 70 等一些富勒烯类 利用和放射性核素处理的新技术方法，为工业处理水
的出现，以炭为主体的功能材料的研发成了材料领域 环境中铕离子的分离富集提供参考依据和为将生物吸
的主要发展方向之一 [1~2] 。具有球形结构的炭基材料， 附技术推广到实际应用中打下基础，对我国目前核环
由于具有优异的耐化学腐蚀、耐热及强度高等特点， 境治理和相关地域地下水放射性污染生物修复、评价、
使其在纳米领域、能储、固液分离和润滑材料等方面 预测和控制将具有一定的指导和参考意义。
有着巨大的应用前景 [3~7] 。当前对球形炭材料研究主 鉴于以上情况，本文的研究内容主要包括以下几
要采用以煤、高分子化合物和沥青为原料的炭材料。 个方面 ：
随着各种研究的深入，一些新型炭材料的制备方法也 （1）采用多种自然界中广泛存在的糖类作为碳源，
随着提出，合成出来的球形炭材料已经从纳米级到微 利用水热的方法，通过调控反应时间、温度、反应物
米级，极大的丰富了炭材料的研究 . 依据 Serp 等 [8] 人 浓度等参数，得到了具有较好球状形貌的碳材料。该
的研究将炭微球按照其尺寸大小分为 ：①微米级炭材 碳质材料表面具有富含羟基、羧基等官能团的活性表
料珠子，直径于 1 μm 以上 ；②富勒烯系 C n ，例 C 60 、 面层。对其形成机理做了深入探讨。
C 70 等和洋葱炭 ( 具有类似于石墨层的结构，直径介于 （2）向原有体系中加入一定比例的酸 ( 丙烯酸 )，
1~20 nm 之间 ) ；③未完全石墨化的纳米炭微球，其 通过改变加入的不同种类的酸的用量使水热炭表面引
直径介于 50 nm~1 μm 之间。 入大量的羧基。
随着对球形炭材料深入的研究，研究人员开始寻 （3）将碳微球和改性后的碳微球对铕进行吸附试
求新原料去制备炭微球。由于所采用的原料不同，则 验，分析水热炭在吸附铕的机理，改性后的水热炭对
采用不同的制备方法，一些常见的制备方法有化学气 吸附有何影响。
相沉积法、还原法、模板法和等高温热解法。碳微球
作者简介 ：杨高峰（1980-），男，硕士研究生，讲师，现
以及碳基材料在吸附材料，电极材料，电池催化剂等 从事复合材料研究工作。
方面起到很重要的角色 ，在国民经济生产中也发挥了 收稿日期 ：2017-09-25

年
2019 第 45 卷 ·9·