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)境污染事故中的應用【前言】自20世紀60年代以來，世界范圍內已發(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濟損失，而且給環(huán)境、人類健康、社會和經濟的發(fā)展帶來了巨大的災難。因此，對突發(fā)環(huán)境污染事故的應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測預警突發(fā)性環(huán)境災難事故發(fā)生外，還開展了對泄漏的危險化學品及廢水的應急處置技術研究，為政府決策、技術措施的實施提供了技術支撐和保證。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急處置研究近年來逐漸引起人們的關注。在突發(fā)性環(huán)境污染事件應急處置中，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物，如苯類化合物、酚類化合物、石油及石油產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物的色度、異臭異味、表面活性物質、除草劑、農藥、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化合物都有較好的去除效果。這些結果表明，多孔炭材料在突發(fā)性環(huán)境污染事故應急處置方面的應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構高度發(fā)達，具有大的比表面積，由此產生的優(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變；對炭材料表面進行化學改性，可以改善或增強其對極性物質的吸附能力；(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，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使用。與聚氨酯、聚丙烯和有豐富網眼狀結構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。經化學改性處理后，炭材料能夠選擇性地吸附經化學改性處理或能

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)境污染事故中的應用61、多孔炭材料在溢油事故中的應用溢油污染是當今世界面臨的一個嚴峻問題。據聯合國環(huán)境規(guī)劃署(UNEP)估計，因井噴失控、火災爆炸、海難、海(水)上溢油等事故注入海洋的油量達10萬噸/年，嚴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使用。研究發(fā)現，影響吸附效率的關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用除傳統(tǒng)的活性炭吸附劑外，各國科學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，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，膨脹倍數高達數十倍到數百倍甚至上千倍。膨脹石墨的表觀容積達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，其尺寸在數百微米到幾毫米之間，在內部有大量獨特的網絡狀微孔結構。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年清華大學康飛宇研究小組對膨脹石墨吸附油品進行較系統(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，膨脹石墨的孔結構是以大孔和中孔為主，非常適合吸附油類物質，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。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上，又形成很多新的開放結構的貯油空間!，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