功能性突發(fā)多孔材料

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1、功能性多孔炭材料在突發(fā)性環(huán)境污染事故中的應(yīng)用【前言】自20世紀(jì)60年代以來，世界范圍內(nèi)已發(fā)生多起突發(fā)性的環(huán)境污染事故，如1986年萊茵河污染事故、2000年多瑙河污染事故和2005年松花江污染事故等。這些環(huán)境污染突發(fā)性事件不僅造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失，而且給環(huán)境、人類健康、社會和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展帶來了巨大的災(zāi)難。因此，對突發(fā)環(huán)境污染事故的應(yīng)急處置引起了世界各國政府的高度重視。人們除了積極開展如何防止及預(yù)測預(yù)警突發(fā)性環(huán)境災(zāi)難事故發(fā)生外，還開展了對泄漏的危險化學(xué)品及廢水的應(yīng)急處置技術(shù)研究，為政府決策、技術(shù)措施的實施提供了技術(shù)支撐和保證。多孔炭材料具

2、有耐熱、耐腐蝕、抗輻射、無毒害、不會造成二次污染、可再生重復(fù)利用等特點。以多孔炭材料為吸附劑，對陸地泄漏物和水中泄漏物的應(yīng)急處置研究近年來逐漸引起人們的關(guān)注。在突發(fā)性環(huán)境污染事件應(yīng)急處置中，主要是利用多孔炭材料優(yōu)異的吸附性能。目前應(yīng)用的多孔炭材料主要有：活性炭、膨脹石墨、炭分子篩、炭納米纖維、碳納米管等。已有的研究證實，多孔炭材料不僅對水中溶解的有機(jī)物，如苯類化合物、酚類化合物、石油及石油產(chǎn)品等具有較強的吸附能力，而且對于用生物法及其他方法難以去除的有機(jī)物的色度、異臭異味、表面活性物質(zhì)、除草劑、農(nóng)藥、合成洗滌劑、合成染料、胺類化合物以

3、及許多人工合成的有機(jī)化合物都有較好的去除效果。這些結(jié)果表明，多孔炭材料在突發(fā)性環(huán)境污染事故應(yīng)急處置方面的應(yīng)用具有巨大的潛力和誘人的前景。一、多孔碳材料的性能及特點多孔炭材料的孔結(jié)構(gòu)高度發(fā)達(dá)，具有大的比表面積，由此產(chǎn)生的優(yōu)異吸附性能是多孔炭材料吸附最明顯的特征之一。與黏土、珍珠巖和天然沸石等吸附劑相比，炭質(zhì)吸附劑材料的特點是：(1)炭材料是非極性的吸附劑，選擇吸附能力可在一定程度上加以調(diào)變；對炭材料表面進(jìn)行化學(xué)改性，可以改善或增強其對極性物質(zhì)的吸附能力；(2)炭材料是疏水性的吸附劑，在有水或水蒸氣存在的情況下仍能發(fā)揮作用；(3)炭材料孔

4、徑分布廣，能夠吸附分子大小不同的物質(zhì)，其選擇吸附性能較差；(4)炭材料自身具有一定的催化能力；(5)炭材料的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性優(yōu)于硅膠等其他吸附劑；(6)炭材料不但適用于吸附陸地泄漏物，亦可用于吸附水體泄漏物；而且用于水上除油時，吸附后不會下沉。與木纖維、玉米桿、稻草、木屑等材料相比，多孔炭材料能夠選擇性地吸附油品，吸附的泄漏物可以通過解吸再生回收使用，解吸后的炭材料可重復(fù)使用。與聚氨酯、聚丙烯和有豐富網(wǎng)眼狀結(jié)構(gòu)的樹脂等吸附材料相比，多孔炭材料的價格相對便宜，且吸附容量較大。經(jīng)化學(xué)改性處理后，炭材料能夠選擇性地吸附經(jīng)化學(xué)改性處理或能

5、與水互溶的化合物，具有耐熱、耐腐蝕、抗輻射、無毒害、不會造成二次污染等突出特點。二、多孔炭材料在突發(fā)性環(huán)境污染事故中的應(yīng)用61、多孔炭材料在溢油事故中的應(yīng)用溢油污染是當(dāng)今世界面臨的一個嚴(yán)峻問題。據(jù)聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署(UNEP)估計，因井噴失控、火災(zāi)爆炸、海難、海(水)上溢油等事故注入海洋的油量達(dá)10萬噸/年，嚴(yán)重威脅著人類的生存環(huán)境。1.1活性炭在溢油事故中的應(yīng)用活性炭對油類有很強的吸附作用，清除泄漏油類時，一般用顆粒狀活性炭。被吸附的油類可以通過解吸再生回收使用，解吸后的活性炭可重復(fù)使用。研究發(fā)現(xiàn)，影響吸附效率的關(guān)鍵因素是被吸附分子的

6、大小和極性；吸附速率隨著溫度的上升和油品濃度的下降而降低。1.2膨脹石墨在溢油事故中的應(yīng)用除傳統(tǒng)的活性炭吸附劑外，各國科學(xué)家一直在嘗試采用價廉易得的天然礦物材料作為溢油的吸附劑，以期大幅度降低溢油的處理成本，其中的一類熱點材料是天然石墨礦物?？膳蛎浭翘烊击[片石墨通過氧化插層反應(yīng)，在石墨層片間插入化合物而形成的具有層間插層物的石墨?？膳蛎浭糜诟邷貢r，層間插層物在高溫的作用下迅速汽化，形成的氣體將對石墨片層產(chǎn)生巨大的撐張力，使石墨中的石墨層片發(fā)生膨脹，膨脹倍數(shù)高達(dá)數(shù)十倍到數(shù)百倍甚至上千倍。膨脹石墨的表觀容積達(dá)250mL/g~300

7、mL/g或更大。膨脹石墨通常呈蠕蟲狀，因此亦稱石墨蠕蟲，其尺寸在數(shù)百微米到幾毫米之間，在內(nèi)部有大量獨特的網(wǎng)絡(luò)狀微孔結(jié)構(gòu)。1979年，日本專利首次提出膨脹石墨對重油具有吸附性。但直到1996年清華大學(xué)康飛宇研究小組對膨脹石墨吸附油品進(jìn)行較系統(tǒng)的研究后，膨脹石墨處理溢油的潛力才逐漸引起人們的重視?？碉w宇等發(fā)現(xiàn)，膨脹石墨的孔結(jié)構(gòu)是以大孔和中孔為主，非常適合吸附油類物質(zhì)，而且膨脹石墨具有疏水性和親油性，可以在水中選擇性地除去油類和非極性物質(zhì)。他們還指出，膨脹石墨表面具有不規(guī)則的孔隙，這不但有利于吸附油類，還使膨脹石墨蠕蟲相互之間黏連、搭接在一

8、起，使膨脹石墨在具有大孔的基礎(chǔ)上，又形成很多新的開放結(jié)構(gòu)的貯油空間!，這種貯油空間!非常有利于夾帶黏度較高的油品。通過比較膨脹石墨(EG)和聚丙烯(PP)對不同油品的吸附行為，可以更清晰地看到膨脹石墨在處理突發(fā)溢油事故中