碳?xì)饽z的制備及在水處理中的應(yīng)用進(jìn)展竇麗花王建家;羅婭君魏忠程克梅【摘要】Carbonaerogels(CAs)arenovelmesoporouscarbonmaterialwithmanyexcellentpropertiessuchashighporosity,highspecificsurfaceandwidedensityrangeetc.Becauseoftheircontinuousthree-dimensonalnanonetworkstructurecontrolledinmesoscopicsize,CASswerewidelyappliedascatalystsupports,electrodesforsupercapacitors,thermalinsulationmaterial,adsorbentsandsoon.CASswerepreparaedbythepolycondensa-tionofresorcinolandformaldehyde,throughsol-gelaging,pickling,solventexchange,drying,andcarboniza-tion.Withtheexpandingofrawmaterialsandchangeofthepreparationconditions,Carbonaerogelshowssomenewperformanceanditsapplicationrangeisalsoexpanding.Thepreparationmethods,reactionmechanismofcar-bonaerogelanditsapplicationinwatertreatmentaresummarized.Thenewfeasiblepreparationmethodandappli-cationprospectinwatertreatmentareputforward.%碳?xì)饽z作為一種新型納米級多孔碳材料，具有孔隙率高，比表面大，密度范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。由于其連續(xù)的三維納米網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可以在介觀尺寸內(nèi)控制，廣泛用于催化劑載體、超級電容器的電極、隔熱材料、吸附劑等。傳統(tǒng)碳?xì)饽z的制備主要以間苯二酚和醛為原料，經(jīng)過溶膠、凝膠、酸洗老化、溶劑交換、干燥、碳化等步驟制得。隨著人們對反應(yīng)原料范圍的擴(kuò)大和制備條件的改變，碳?xì)饽z表現(xiàn)出新的性能，它的適用范圍也不斷擴(kuò)大。本文綜述了碳?xì)饽z的制備方法、反應(yīng)機(jī)理和在水處理中的應(yīng)用進(jìn)展，并探討了未來碳?xì)饽z制備的改進(jìn)方向及應(yīng)用前景?！酒诳Q】《綿陽師范學(xué)院學(xué)報(bào)》【年(卷)，期】2015(000)002【總頁數(shù)】8頁(P34-41)【關(guān)鍵詞】碳?xì)饽z;制備;應(yīng)用;改性;水處理【作者】竇麗花;王建家;羅婭君;魏忠;程克梅【作者單位】綿陽師范學(xué)院化學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院，四川綿陽621000;綿陽師范學(xué)院化學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院，四川綿陽621000;綿陽師范學(xué)院化學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院，四川綿陽621000;綿陽泛博新材料科技有限公司，四川綿陽621000;綿陽泛博新材料科技有限公司，四川綿陽621000【正文語種】中文［中圖分類】TQ4241989年美國LawranceLivermore國家實(shí)驗(yàn)室的Pekala首先制備出碳?xì)饽z［1］.它不同于前期發(fā)現(xiàn)的明膠、硅膠等氣凝膠，是一種典型的有機(jī)凝膠碳?xì)饽z具有密度低可控(0.03~0.80g/m3)、孔隙率高、比表面大等優(yōu)點(diǎn)，其孔隙率可達(dá)98%，比表面積［2］可達(dá)1200m2/g，是唯一可導(dǎo)電的氣凝膠.這些特殊的性質(zhì)使其在吸附［3］、模板劑［4］、隔熱［5］、色譜儀的填充［6］、催化［7］、超級電容器［8］、鋰離子電池［9-10］、儲氫［11］等方面都有廣泛應(yīng)用，備受人們關(guān)注.圖1給出了碳?xì)饽z的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖［12］.圖1碳?xì)饽z的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1Schematicdiagramoftheultrastructureofahypotheticalaerogel活性炭是水處理凈化常用的一種碳材料，具有良好的吸附性能.但是活性炭在廢水處理中，對廢水的預(yù)處理要求高，而且活性炭價(jià)格昂貴.近年來人們發(fā)現(xiàn)碳?xì)饽z用于水處理吸附，有更大的優(yōu)勢，因此這方面有一些研究.程勇［13］研究了載Ni碳?xì)饽z粒子電極電催化氧化甲基橙廢水的最優(yōu)條件，王東霞［14］對摻雜二氧化鈦碳?xì)饽z的性能進(jìn)行了表征，并探究了對模擬苯酚和苯胺廢水的處理效果，李學(xué)良［15］通過加入分散劑的方法將碳?xì)饽z做成微球，賦予其磁性后應(yīng)用于水體重金屬Pb2+的吸附，任志凌［16］等研究了碳?xì)饽z復(fù)合TiO2光催化降解甲苯的最佳條件，李智［17］探究了兩種不同孔徑分布碳?xì)饽z電極的電吸附除鹽性能，這些研究為碳?xì)饽z在水處理中的應(yīng)用提供了一定的依據(jù).本文總結(jié)了碳?xì)饽z目前在水處理中的應(yīng)用，并分析了該技術(shù)目前還存在的問題和未來可能的改進(jìn)方向.1碳?xì)饽z及改性碳?xì)饽z的制備自Pekala發(fā)現(xiàn)碳?xì)饽z以來，三聚氰胺-甲醛氣凝膠［18］(MF氣凝膠)、對苯二酚-甲醛氣凝膠［19］、間苯三酚-甲醛氣凝膠［20］(PF氣凝膠)等相繼被合成.目前報(bào)道的制備碳?xì)饽z的方法以間苯二酚和甲醛研究最多，技術(shù)最為成熟，也是目前水處理技術(shù)領(lǐng)域主要使用的碳?xì)饽z，因此這里只介紹這類碳?xì)饽z.氣凝膠這種典型的納米尺度可控的多孔材料，其納米結(jié)構(gòu)主要是通過溶膠-凝膠過程實(shí)現(xiàn)的，故碳?xì)饽z的前期合成主要采用溶膠-凝膠法.這種方法具有操作簡單、易于控制孔徑大小、設(shè)備要求低、產(chǎn)品純度高等優(yōu)點(diǎn)而成為材料合成的主要手段.因?yàn)殚g苯二酚在水中的溶解度在酚類化合物中最大，而且具有三個(gè)活性位點(diǎn)［21］.下面以間苯二酚-甲醛氣凝膠的合成為例：以間苯二酚(R)和甲醛(F)為前驅(qū)體，按1:2的摩爾比混合［22］，碳酸鈉作催化劑，經(jīng)溶膠-凝膠兩步法［23］合成，然后在惰性氣體氣氛中高溫碳化.一個(gè)完整碳?xì)饽z的合成周期包括溶液配制、溶膠-凝膠、酸洗、溶劑交換、干燥、碳化六部分[24].反應(yīng)周期長，且對設(shè)備要求嚴(yán)格.常見的制備流程如圖2所示.圖2碳?xì)饽z制備的流程示意圖Fig.2Flowdiagramofthepreparationofcarbonaerogel間苯二酚和甲醛在弱堿性催化劑下，發(fā)生親核加成，酸性催化劑下，主要是親電加成，堿催化的效果優(yōu)于酸催化[25].溶膠-凝膠是該反應(yīng)較為關(guān)鍵的一步，需要選擇合適的溫度[26].酸洗可以中和反應(yīng)過程中加入的堿催化劑，提高凝膠的交聯(lián)程度，也可以控制孔結(jié)構(gòu)大小，降低凝膠干燥過程的收縮[27-30].溶劑交換主要是去除凝膠結(jié)構(gòu)中的水分，減小干燥過程中的塌陷.傳統(tǒng)有機(jī)氣凝膠的干燥可以采用超臨界干燥、冷凍干燥等[31,32],為了降低成本，學(xué)者們嘗試對碳?xì)饽z進(jìn)行常壓干燥[33].高溫碳化是將RF凝膠在惰性氣體氣氛中裂解，此過程仍然可以保持RF凝膠的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu).2碳?xì)饽z的反應(yīng)機(jī)理及結(jié)構(gòu)分析2.1碳?xì)饽z的反應(yīng)機(jī)理在堿催化條件下，間苯二酚形成酚鹽離子，從而使2,4,6位氫原子的活性增強(qiáng)，較容易加上甲醛分子，形成活性單/多元羥甲基間苯二酚中間混合物，它們又可以通過官能團(tuán)-CH2OH、-CH2-相互縮合加成，小分子先交聯(lián)成小顆粒，小顆粒進(jìn)一步交聯(lián)成大顆粒，隨著時(shí)間的延長，大顆粒連接成立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，形成RF凝膠[34].聚合反應(yīng)歷程如圖3所示：2.2碳?xì)饽z用作水處理的原理和方法碳?xì)饽z常用于除去水中的有害金屬和有機(jī)物，如Hg2+、Pb2+、硝基苯、硝基苯酚等.一般是將一定結(jié)構(gòu)的碳?xì)饽z裝塔，讓需要處理的水從中流過，水中的金屬雜質(zhì)就會吸附在氣凝膠上.要想獲得好的吸附效果，碳?xì)饽z應(yīng)具有比表面大、孔隙率高等特點(diǎn).圖3間苯二酚和甲醛聚合反應(yīng)方程式[35]Fig.3Molecularpresentationofthepolymerizationmechanismofresorcinolwithformaldehyde此外，碳?xì)饽z還可用作電吸附和電催化氧化技術(shù)處理廢水中的電極.電吸附是將碳?xì)饽z做成電極，向電極兩端施加電壓，電極兩端形成雙電層結(jié)構(gòu)來吸附溶液中的離子［36］.因此，電吸附要求碳?xì)饽z具有較高的比表面來提高吸附位點(diǎn).同時(shí)，碳?xì)饽z的孔結(jié)構(gòu)也決定了吸附質(zhì)的分子大小和種類?電催化氧化是在傳統(tǒng)二維電極之間增加一個(gè)碳?xì)饽z粒子電極，污染物在陽極表面發(fā)生氧化反應(yīng)或在陰極發(fā)生還原反應(yīng)的廢水處理方法［37］.粒子電極的增加，提高了廢水處理的電流效率，改善了廢水的處理效果.三維電極反應(yīng)體系中，粒度大小很大程度決定了廢水的處理效率，處理不同廢水，需要不同粒徑的粒子電極.2.3碳?xì)饽z的結(jié)構(gòu)表征碳?xì)饽z的孔結(jié)構(gòu)對其使用效果有很大影響，因此需要用多種分析方法結(jié)合，對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征，常用的分析方法有DSC-TGA分析，比表面積及孔徑分析和形貌分析.2.3.1DSC-TGA分析DSC-TGA分析可以知道氣凝膠中小分子揮發(fā)和鏈段斷裂溫度和順序，為優(yōu)化碳化工藝提供依據(jù).圖4為鐘艷紅［38］所制備的RF凝膠的DSC-TGA曲線，從圖中可以看出，75°C時(shí)氣凝膠結(jié)構(gòu)中水分子蒸發(fā);150°C的吸熱峰主要是氣凝膠小分子基團(tuán)發(fā)生裂解;350°C對應(yīng)分子中C-O的斷裂，600^左右失重較為明顯，對應(yīng)凝膠結(jié)構(gòu)中C-H的斷裂，說明RF凝膠在600°C以上就可以實(shí)現(xiàn)碳化.2.3.2比表面及孔徑分析比表面積和孔徑分析可以提供不同孔徑的大小和分布，為不同用途的氣凝膠結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供參考.圖5為劉羽熙［39］制備的碳?xì)饽z的BJH孑L徑分布圖，從中可以看出:其孔徑在2-5nm之間，比表面為424m2/g，符合文獻(xiàn)報(bào)道范圍.具有典型的中孔結(jié)構(gòu)，其在空間的堆積又形成了大量的大孔.這種結(jié)構(gòu)不僅可以吸附水體污染物，而且可以循環(huán)利用.圖4低密度有機(jī)RF氣凝膠的DSC-TGA曲線Fig.4DSC-TGAcurvesforlow-densityRFaerogel圖5BJH法脫附孔容積圖Fig.5DesorptionporevolumeplotbyBJHmethod2.3.3形貌分析形貌分析可以提供氣凝膠顆粒團(tuán)聚情況及孔的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，也是氣凝膠結(jié)構(gòu)表征的常用方法.圖6為秦仁喜制備的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%，R/C=500的RF凝膠碳化樣品的掃描電鏡照片，我們從中可以發(fā)現(xiàn)碳?xì)饽z堆積緊密，顆粒和孔徑較小，孔洞和團(tuán)簇大小不一，存在一定的團(tuán)簇現(xiàn)象.骨架的空隙組成在100nm以下的孔洞，孔洞豐富，且相互連通，碳化后仍然保留有三維且連續(xù)的無序多孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu).不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)、不同催化劑用量決定了納米級粒子的孔徑大小和比表面，也決定了碳?xì)饽z水體吸附污染物的種類和分子大小.圖6CRF氣凝膠的SEM照片[36]Fig.6SEMimagesofCRFaerogel3碳?xì)饽z的應(yīng)用碳?xì)饽z結(jié)構(gòu)的特殊性，導(dǎo)致它的應(yīng)用也十分廣泛.基于多孔結(jié)構(gòu)，可以吸附水體有機(jī)物、重金屬離子(如Hg2+)和有機(jī)氣體丙酮、甲苯等[40-42].向碳?xì)饽z的多孔結(jié)構(gòu)中摻雜金屬鎢，所得產(chǎn)物可以做酸催化反應(yīng)的催化劑[43].碳?xì)饽z也是唯一可導(dǎo)電的氣凝膠材料，其導(dǎo)電性決定了它可以用于電池系列.YJ.Lee[44]常壓條件下制備出碳?xì)饽z，并研究其作為超級電容器的電化學(xué)行為;也可以作為電極材料，電催化氧化有機(jī)廢水[14].同時(shí)，作為一種納米級多孔材料，既可以吸氫，也可以放氫[45,11],其可控的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，在慣性約束聚變(ICF)實(shí)驗(yàn)中，可以作為低溫靶吸附D-T燃料和多層靶的填充材料[46].碳?xì)饽z的大比表面和高孔隙率，以及制備過程中催化劑用量對孔結(jié)構(gòu)的控制，都決定了RF凝膠可以作為模板材料，科研工作者已經(jīng)成功制備出了碳?xì)饽z模板SiO2多孔材料[47].RF凝膠與生物體兼容，因此可以做藥物載體和緩釋體系和人體組織及器官的組件，在未來的生物醫(yī)藥行業(yè)，值得人類關(guān)注和研究[48].4碳?xì)饽z在水處理中的的研究進(jìn)展工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和城市建設(shè)發(fā)展引起的水環(huán)境質(zhì)量破壞中最為嚴(yán)重的是工業(yè)廢水，處理這些工業(yè)廢水的方法有:沉淀法、離子交換法、吸附法、液膜法、物理化學(xué)法等.吸附法是一種簡單易行的水處理方法.氣凝膠得天獨(dú)厚的結(jié)構(gòu)和性能特點(diǎn)，使其在水處理方面很受環(huán)保工作者關(guān)注，如今用于水處理的吸附材料主要是活性炭、離子交換樹脂等.碳?xì)饽z是繼活性炭之后出現(xiàn)的一種新型輕質(zhì)、多孔優(yōu)良的碳吸附材料.同時(shí)，由于碳?xì)饽z是唯一可導(dǎo)電的氣凝膠，用碳?xì)饽z進(jìn)行水體電吸附也具有潛在的優(yōu)勢.2002年Ying[49]等探究了比表面為412m2/g（77%微孔和23%中孔）和比表面為602m2/g（85%微孔和15%中孔）兩種碳?xì)饽z對Cu2+和NO-3的電吸附，結(jié)果發(fā)現(xiàn):高的比表面并不會有大的吸附量，這是碳?xì)饽z吸附過程中微孔區(qū)域發(fā)生雙電層重疊的結(jié)果，而且研究發(fā)現(xiàn)碳?xì)饽z的吸附容量會隨著溶液濃度、所用電壓以及可利用的比表面的增加而增加.對F-的吸附，不如Cu2+和NO3-明顯2004年Rana[50,51]用比表面為800m2/g、電導(dǎo)為58Ms/Cm的碳?xì)饽z電極電吸附去除工業(yè)廢水中的Cr,在PH=2，電容量為0.8Ah條件下，廢水中重金屬的去除率可以達(dá)到98.5%，且電吸附的性能主要取決于PH，碳?xì)饽z這種獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)適合于水體Cr的去^.2005年Goel[41,52]等用比表面為700m2/g（43%微孔和57%中孔）碳?xì)饽z分別吸附水溶液中的Hg2+和Pb2+,并探究7HgCl2溶液和Pb（NO3）2溶液中加入碳?xì)饽z的用量、溶液？乩溫度等參數(shù)對吸附的動力學(xué)參數(shù)和最大吸附容量的影響.研究表明:在最優(yōu)條件下，碳?xì)饽z對Hg2+的吸附能力幾乎達(dá)100%;對Pb2+的吸附最佳條件為PH=4.0~7.0、吸附劑濃度為0.1g/50mL、溫度為70^.Goel[53]又用同樣結(jié)構(gòu)的碳?xì)饽z電吸附Hg2+、Pb2+、Ni2+時(shí)發(fā)現(xiàn)增大初始溶液PH和初始碳?xì)饽z濃度有利于三種離子的吸附，這使我們提出猜想:金屬離子和氫離子在碳?xì)饽z表面進(jìn)行交換.同時(shí)，溫度升高，吸附量增加.實(shí)驗(yàn)表明:實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和偽一級動力學(xué)模型較為吻合.2008年Kadirvel［54］也選用相同結(jié)構(gòu)的碳?xì)饽z研究了對Pb2+、Hg2+和Cd2+單組分體系和多組分體系的吸附，單組分時(shí)吸附容量為Hg2+>Pb2+>Cd2+,多組分時(shí)存在吸附競爭，吸附容量減小，Langmuir和Freundlich模型可以代表它們的吸附等溫線模型，但不完全一致.Meena［55］等選擇BET比表面為426m2/g（微孔表面為148m2/g）、平均孔直徑為0.445A的碳?xì)饽z吸附Cd2+、Pb2+、Cu2+、Ni+、Mn2+等重金屬離子，吸附行為取決于離子濃度、?乩相互作用時(shí)間、吸附劑劑量、溫度，并通過Langmuir和Freundlich熱力學(xué)模型測定了吸附參數(shù).碳?xì)饽z對重金屬離子的吸附不僅符合Langmuir假設(shè)，而且符合Freundlich假設(shè).Wu［56］等發(fā)現(xiàn)表面為582.7m2/g、微孔體積為0.145cm3/g的碳?xì)饽z對紅色X-3B染料的吸附遵彳盾Langmuir和Freundlich模型，且動力學(xué)研究表明碳?xì)饽z的吸附符合偽一級和偽二級動力學(xué)模型.批量吸附研究結(jié)果評價(jià)了R/C比、PH、吸附劑劑量、吸附劑粒徑對吸附結(jié)果的影響，結(jié)果顯示:碳?xì)饽z對染料的吸附容量隨著吸附劑的劑量和粒徑的減小而增加，且碳?xì)饽z的吸附效果優(yōu)于有機(jī)凝膠.R/C=200時(shí)，吸附量最大.當(dāng)PH<4或PH>12時(shí)，吸附容量顯著增加.國內(nèi)中山大學(xué)呂桂芬［57］用自制的具有典型中孔結(jié)構(gòu)的碳?xì)饽z作為三維電極裝置的粒子電極并處理模擬苯酚廢水，發(fā)現(xiàn)有很好的催化去除效果，去除率達(dá)97.5%，循環(huán)50次后，COD去除率仍在80%以上.碳?xì)饽z作為一種多孔碳材料，無疑是一種優(yōu)秀的吸附材料.Rasines［58］用自制的R/C分別為25,50,100和200的碳?xì)饽z海水除鹽，吸附前測得四種樣品的比表面分別為455m2/g,760m2/g,820m2/g和830m2/g、總孔體積分別為0.26cm3/g,0.59cm3/g,0.95cm3/g和1.33cm3/g，吸附過程中研究了池電壓、溶液濃度等對電容的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)R/C為200，掃描速率為1mV/s時(shí)，電容為76F/g，高于已報(bào)道的碳?xì)饽z水體除鹽的電容值.所以在電吸附應(yīng)用中應(yīng)選擇合適的前驅(qū)體及其比例，獲得所需的最佳孔結(jié)構(gòu).Hardjono[59]將比表面為434m2/g(微孔表面積162m2/g，中孔表面積271m2/g)、孔體積為0.495cm3/g、孔尺寸分布在20A的Co摻雜碳?xì)饽z催化降解水體污染物苯酚，取得的效果優(yōu)于Co2+/過硫酸氫鉀體系.Cotet[60]分別用比表面為637m2/g、具有微孔-中孔結(jié)構(gòu)的碳?xì)饽z和比表面為79m2/g、微孔結(jié)構(gòu)的碳干凝膠吸附水體順式氯氰菊酯殺蟲劑，結(jié)果發(fā)現(xiàn):在任何條件下，碳?xì)饽z的吸附能力遠(yuǎn)大于碳干凝膠，吸附動力學(xué)模型說明吸附是一個(gè)吸熱過程，初次吸附的吸附量大于二次吸附.Wu[61]將納米級Fe3O4粒子負(fù)載到碳?xì)饽z結(jié)構(gòu)中，制得了比表面為323.8m2/g、BJH平均孔直徑為8.3nm的磁性炭氣凝膠，并用于可電離芳香類污染物的吸附，結(jié)果發(fā)現(xiàn)對1-萘酚和1-萘胺有很好的吸附容量，而且碳?xì)饽z可以再生循環(huán)，在溶液中去除離子化的芳香有機(jī)物有很大的潛力.Zhao[62-64]課題組將TiO2納米粒子摻雜到碳?xì)饽z結(jié)構(gòu)中，光催化降解高濃度亞甲藍(lán)廢水、茜草素紅廢水和對硝基苯胺廢水.5小時(shí)后，亞甲藍(lán)的去除率達(dá)到78.5%，這主要?dú)w因于其高的比表面(570m2/g);降解茜草素紅過程中，240分鐘的去除率為97.3%,是碳?xì)饽z電吸附的3.1倍，三次循環(huán)后，去除率仍然達(dá)92.3%;對硝基苯胺降解過程中產(chǎn)生的HO自由基具有很強(qiáng)的降解能力，在可見光照射下，180min的降解率為98.2%.實(shí)驗(yàn)結(jié)果的取得，主要是將TiO2負(fù)載到碳?xì)饽z上，不僅可以發(fā)揮碳?xì)饽z的電吸附性能，也可以結(jié)合TiO2的光催化性能.近年來，許多學(xué)者借鑒活性炭的強(qiáng)吸附能力，將興趣轉(zhuǎn)移到金屬摻雜碳?xì)饽z，這樣就不僅可以發(fā)揮碳?xì)饽z的吸附作用，也可以利用金屬的催化作用.北京化工大學(xué)孟慶函教授課題組研究了摻Ni、Ti碳?xì)饽z粒子電極電催化氧化有機(jī)廢水，取得了良好的效果.2013年合肥工業(yè)大學(xué)李學(xué)良教授制備出金屬復(fù)合磁性碳?xì)饽z吸附材料來吸附廢水重金屬，然后通過磁選分離實(shí)現(xiàn)固液分離，此法綠色環(huán)保，易于實(shí)現(xiàn)[15].5前景展望碳?xì)饽z的制備工藝已經(jīng)較為成熟，為了降低其生產(chǎn)成本，科研工作者對其進(jìn)行摻雜，實(shí)現(xiàn)常壓干燥代替超臨界干燥.用比表面張力較小的乙醇、丙酮、甲醇、異丙醇等做RF凝膠反應(yīng)的溶劑，有效縮短了碳?xì)饽z的制備周期.近年，國夕卜對碳?xì)饽z在水處理中的研究較多，所以為了滿足碳?xì)饽z在水處理中的應(yīng)用，我們應(yīng)從以下方向努力:⑴制備不同孔徑的碳?xì)饽z，借鑒活性炭的吸附機(jī)理，實(shí)現(xiàn)對水體不同種類、不同分子大小污染物的吸附;⑵對碳?xì)饽z進(jìn)行摻雜復(fù)合，制備新型碳?xì)饽z材料，發(fā)揮復(fù)合物的優(yōu)良性能;⑶簡化碳?xì)饽z的制備工藝，降低生產(chǎn)成本，尋找最佳的制備參數(shù)，實(shí)現(xiàn)碳?xì)饽z在水體吸附中的再生性，擴(kuò)大碳?xì)饽z在水處理中的應(yīng)用.參考文獻(xiàn)：[1]RWPekala,FMKong.Resorcinol-formaldehydeaerogelsandtheircarbonizedderivatives[J].PolymerPreprints,1980,30(1):221-223.[2]ReichenaueraG.,EmmerlingbA.,FrickebJ.,etal.Microporosityincarbonaerogels.[J].Non-CrystallineSolides,1998,225:210-214.[3]YingTY,YangKL,YiacoumiS,etal.Electrosorptionofionsfromaqueoussolutionsbynanostructuredcarbonaerogel.[J].Colloidandinterfacescience,2002,250(1):18-27.[4]LiWC,LuAH,SchmidW,etal.Highsurfacearea,mesoporous,glassyaluminawithacontrollableporesizebynanocastingfromcarbonaerogels[J].ChemistryaEuropeanJournal,2005,11:1658-1664.[5]RigacciA,MarechalJC,RepouxM,etal.Preparationofpolyurethane-basedaerogelsandxerogelsforthermalsuperinsulation.[J].Non-CrystallineSolides,2004,350:372-378.[6]YamamotoT,SugimotoT,SuzukiT,etal.Preparationandcharacterizationofcarboncryogelmicrospheres[J].Carbon,2002,40(80):1345-1351.[7]Moreno-CastillC,Maldonado-HodarFJ.Carbonaerogelsforcatalysisapplications:Anoverview.Carbon,2005,43(3):455-465.[8]孟慶涵，劉玲，宋懷河等.炭氣凝膠為電極的超級電容器的研究[J].功能材料，2004,35(4):457-459.[9]WangGX,AngJH,YaoJ,etal.NanostructureSi-Ccompositeanodesforlithium-ionbaterries[J].ElectrochemistryCommunications,2004,6(7):689-692.[10]夏三宇，陳曉紅，宋懷河.炭氣凝膠微球的制備及在鋰離子電池負(fù)極材料中的應(yīng)用[J].北京化工大學(xué)學(xué)報(bào)，2006,33(2):43-49.[11]軒寧寧.碳基材料在儲氫方面研究進(jìn)展[J].科技致富向?qū)В?013,17:71-142.[12]RubenGC,PekelaRW,TillotsonTM,etal.Imagingaerogelsatthemolecularlevel[J].J.MaterSci,1992,27:4341-4349.[13]程勇.載Ni碳?xì)饽z粒子電極電催化氧化有機(jī)廢水的研究[D].北京:北京化工大學(xué)，2010:15-26.[14]王東霞.摻雜二氧化鈦碳?xì)饽z電催化氧化難降解有機(jī)廢水的研究[D].北京:北京化工大學(xué)，2011:21-24.[15]李學(xué)良，吳以紅，肖正輝等.球狀碳?xì)饽z基磁性吸附材料制備[J].金屬功能材料，2013,20(2):12-15.[16]任志凌，袁磊，楊睿戇等.碳?xì)饽z復(fù)合TiO2光催化降解甲苯研究[J].能源環(huán)境保護(hù)，2010,24(1):23-25.[17]李智，張玉先.碳?xì)饽z電極電吸附除鹽工藝研究[門.工業(yè)給排水，2008,34(5):177-180.[18]孫志鵬，王朝陽，付志兵等.三聚氰胺-甲醛氣凝膠模板的結(jié)構(gòu)與熱穩(wěn)定性[J].強(qiáng)激光與粒子束，2012,24(2):379-382.[19]王金鳳，王朝陽，唐永建，等.對苯二酚-甲醛碳?xì)饽z的制備[J].強(qiáng)激光與粒子束，2005,17(11):1709-1711.[20]黃長剛，唐永建，王朝陽，等.間苯三酚-甲醛氣凝膠及其碳?xì)饽z的制備與表征[J].強(qiáng)激光與粒子束，2006,18(6):949-952.[21]顏甜.碳化鎢/碳?xì)饽z催化劑的制備與性能研究[D].南京:南京林業(yè)大學(xué)，2012:1-4.[22]RWPekala,Organicaerogelsfromthepolycondensationofresorcinolwithformaldehyde[J].J.Mater.Sci,1989,24:3221-3227.[23]HanzawaY,KanekoK,PekalaR.W.etal.ActivatedCarbonAerogels[J].Langmuir,1996,12:6167.[24]劉西川.超級電容器碳?xì)饽z電極材料制備與性能研究[D].四川:西華大學(xué)，2012:13-16.[25]陳晗青.新型有機(jī)氣凝膠微球的制備和改性研究[D].北京:北京化工大學(xué)，2011:9-10.[26]XingyanWang,XianyouWang,LiLiu,etal.Preparationandcharacterizationofcarbonaerogelmicrospheresbyaninverseemulsionpolymerization[J].Non-crystallineSolids,2011,357:793-797.[27]李文翠.新型納米材料炭氣凝膠的制備、表征及應(yīng)用研究[D].大連:大連理工大學(xué)，2002:5-10.[28]常麗娟，袁磊，付志兵等.超高比表面積氮摻雜碳?xì)饽z的制備及其電化學(xué)性能[J].強(qiáng)激光與粒子束，2013,25(10):2621-2626.[29]盧斌，盧輝，宋淼，等.稀釋比對常壓干燥制備炭氣凝膠結(jié)構(gòu)的影響[J].材料導(dǎo)報(bào)，2013,,27(5):70-73.[30]郭志軍.燃料中用碳?xì)饽z載鉑基催化劑的制備與表征[D].北京:北京交通大學(xué)，2011:5-10.[31]吳培地，周斌，杜艾，等.室溫條件下乙腈為溶劑碳?xì)饽z的制備與機(jī)理分析[J].新型炭材料，2012,27(6):462-467.[32]李良偉，陳勝洲，林維明.間苯二酚對三聚氰胺-甲醛碳?xì)饽z催化劑的影響[J].電池，2012,43(3):129-131.[33]計(jì)亞軍，何建平，周建華等.結(jié)構(gòu)新穎的碳?xì)饽z的合成及在電容器電極材料中的應(yīng)用[J].材料科學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2007,25(4):501-505.[34]秦仁喜，沈軍，吳光明，等碳?xì)饽z的常壓干燥制備及結(jié)構(gòu)控制[J].過程工程學(xué)報(bào)，2004,4(5):429-433.[35]KimSY,YeoDH,LimJW,etal.Synthesisandcharacterizationofresorcinol-formaldehydeorganicaerogel[J].ChemicalEngineering,2001,34:216-220.[36]劉玲，龐自釗，孟慶函.碳?xì)饽z電極電吸附脫鹽性能的研究[J].功能材料，2012,43(3):320-324.[37]程勇，孟慶函，曹兵.負(fù)載Ni碳?xì)饽z粒子電極電催化氧化處理甲基橙廢水的研究[J].環(huán)境工程學(xué)報(bào)，2011,5(5):1086-1090.[38]鐘艷紅，周斌，歸佳寅，等.低密度碳?xì)饽z制備及其熱學(xué)、力學(xué)性能研究[J].原子能科學(xué)技術(shù)，2011,45(10):1170-1176.[39]劉羽熙.碳?xì)饽z復(fù)合電極材料的制備及性能研究[D].黑龍江:黑龍江大學(xué)，[40]Sanchez-Polo,M.,Rivera-Utrilla,J.,Salhi,E.andvonGunten,U.Ag-dopedcarbonaerogelsforremovinghalideionsinwatertreatment[J].WaterResearch,2007,41(5):1031-1037.[41]Goel,J.,K.Kadirvelu,C.Rajagopaletal.Removalofmercury(H)fromaqueoussolutionbyadsorptiononcarbonaerogel:Responsesurfacemethodologicalapproach[J].Carbon,2005,43:195-213.[42]Fairen-Jimenez,D.,Carrasco-Marin,F.,Moreno-Castilla,C.Adsorptionofbenzene,toluene,andxylenesonmonolithiccarbonaerogelsfromdryairflows[J].Langmuir,2007,23:10095-10101.[43]Maldonado-HodarFJ,Perez-CadenasAF,Moreno-CastillaC.Morphologyofheat-treatedtungstendopedmonolithiccarbonaerogels[J].Carbon,2003,41(6):1291-1299.[44]LeeY.J.,JungJ.C.,YiJ.,etal.Preparationofcarbonaerogelinambientconditionsforelectricaldouble-layercapacitor[J].CurrentAppliedPhysics,2010,10:682-686.[45]歐陽玲，沈軍，周斌，等.用于儲氫材料的碳/摻雜碳?xì)饽z研究[J].原子能科學(xué)技術(shù)，2008,42(5):423-427.[46]王朝陽.ICF靶用酚醛類氣凝膠的制備及氫-氘吸附應(yīng)用研究[D].四川:中國工程物理研究院，2006:22-27.[47]Bryning,M.B.Milkie,D.E.,Islam,M.F.,etal.Carbonnanotubeaerogels[J].AdvancedMaterials,2007,19,661-664.[48]秦國彤，魏微.碳?xì)饽z的制備[J].高?；瘜W(xué)工程學(xué)報(bào)，2000,14(5):488-492.[49]YingTY,YangKL,YiacoumiS,etal.Electrosorptionofionsfromaqueoussolutionsbynanostructuredcarbonaerogel[J].Journalofcolloidandinterfacescience2002,250(1):18-27.[50]RanaP,MohanN,RajagopalC.Electrochemicalremovalofchromiumfromwastewaterbyusingcarbonaerogelelectrodes[J].WaterResearch,2004,38(12):2811-2820.[51]RanaP,MohanN,RajagopalCetal.Removalofchromiumfromaqueoussolutionsbytreatmentwithcarbonaerogelelectrodesusingresponsesurfacemethodlogy[J].IndustrialEngineeringchemistryresearch,2005,44(17):6549-6559.[52]Goel,J.,Kadirvein,K.,RajagoPal,C.andGarg,VK.Removalofleadfromaqueoussolutionsbyadsorptiononcarbonaerogelusingaresponsesurfacemethodlogicalapproach[J].IndustrialEngineeringchemistryresearch,2005,44(7):1987-1994.[53]Goel,J.,Kadirvein,K.,RajagoPal,C.andGarg,VK.Investigationofadsorptionofleadmercuryandniekelfromaqueoussolutionsontocarbonaeregel[J].Joumalofchemicalteehnologyandbioteehnology,2005,80(4):469-476.[54]Kadirvelu,K.,Goel,J.andRajagopal,C.Sorptionoflead,mercuryandcadmiumionsinmulti-componentsystemusingcarbonaerogelasadsorbent[J].Jounalofhazardousmaterials2008,153(12):502-507.[55]MeenaAK,MishraGK,RaiPK,etal.Removalofheavymetalionsfromaqueoussolutionsusingcarbonaerogelasanadsorbent[J].Journalofhazardousmaterials,2005,122(1-2):161-170.[56]Wu,X.B.,Wu,D.C.andFu,R.W.StudiesontheadsorptionofreactivebrilliantredX-3Bdyeonorganicandcarbonaerogels[