【文章內(nèi)容簡介】 這種方法還處在研究階段，具體的實驗條件還很模糊。 膨脹石墨的應用 表 膨脹石墨的應用 性質(zhì) 具體應用 環(huán)保領域 疏水親油性，無毒，無二次污染，可再生，良好的吸附性。 用于工業(yè)廢水乳狀液除油和除去可溶于油的物質(zhì)；脫除工業(yè)廢氣和汽車尾氣產(chǎn)生的大氣污染。 南京林業(yè)大學本科畢業(yè)設計（論文） 7 性質(zhì) 具體應用 高能電池材料 增強電極和電解液的導電性，抑制陽極溶解和變形。 放入可充鋅錳電池的鋅陽極中可以減小鋅陽極充電時的極化。 防火安全材料 受熱膨脹 ，形成穩(wěn)定的碳層且無毒。 物理膨脹阻燃劑；機艙座椅的夾層中的防火密封條、防火堵料、阻火圈；阻燃防靜電涂料。 潤滑材料 良好的潤滑性，良好的極性吸附效應和高溫掩蔽效應。 耐磨減摩含油樹脂材料；提高潤滑油的抗磨性能及承載能力，并能降低摩擦因數(shù)。 催化領域 良好的催化性能，豐富的孔洞結(jié)構(gòu)，較大的比表面積。 擔載 TiO2 可以制得復合膨脹石墨光催化材料；在吸附水中的油污、染料等有害物質(zhì)的同時，實現(xiàn)光催化降解 軍事領域 對紅外波有很強的散射吸收特性。 干擾毫米波技術；紅外隱身材料。 苯酚 苯酚，又 名石炭酸、羥基苯，是一種具有特殊氣味的無色針狀晶體，有毒。苯酚是一種常見的化學品，是生產(chǎn)某些樹脂、殺菌劑、防腐劑以及藥物的重要原料。常溫下微溶于水，易溶于有機溶液；當溫度高于 65℃時，能跟水以任何比例互溶。苯酚有腐蝕性，接觸后會使局部蛋白質(zhì)變性，其溶液沾到皮膚上可用酒精洗滌。 含酚廢水的來源 [2125]酚是一類普遍使用的化工原料，也是許多工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)的副產(chǎn)物，因此含酚廢水南京林業(yè)大學本科畢業(yè)設計（論文） 8 的來源十分廣泛，除了煉油廠、頁巖干餾廠、石油化工廠以外，還有焦化廠等；酚是焦化廠的主要污染物之一，廣泛地存在于焦化廠的 廢氣、廢水和廢渣之中。焦化廠的酚類物質(zhì)主要是揮發(fā)酚，主要來自于熄焦酚水、蒸氨廢水、粗苯分離水、焦油系統(tǒng)精制過程中的洗滌水和分離水等。 苯酚危害 工業(yè)有機廢水中最普遍、最有代表性的是含酚廢水，含酚廢水中主要包括苯酚、甲醛和其他酚類衍生物。 [2629]苯酚作為一種常見的工業(yè)污染物，是一種原型質(zhì)毒物，對一切生命個體都有毒殺作用，具有極強的生物毒性；美國國家環(huán)保局 EPA 已將 11 種酚類化合物列入優(yōu)先監(jiān)測污染物。 酚對人類身體健康也有危害：苯酚對皮膚、粘膜有強烈的腐蝕作用，會抑制中樞神經(jīng)或損害肝、腎功 能；吸入高濃度蒸氣會導致苯酚的急性中毒，會致頭痛、頭暈、乏力、視物模糊、肺水腫等；誤服引起消化道灼傷，出現(xiàn)燒灼痛，呼出氣帶酚味，嘔吐物或大便會帶血液，有胃腸穿孔的可能，會出現(xiàn)休克、肺水腫、肝或腎損害，出現(xiàn)急性腎功能衰竭，會死于呼吸衰竭；眼接觸可致灼傷；會經(jīng)灼傷皮膚吸收經(jīng)一定潛伏期后引起急性腎功能衰竭；由苯酚導致的慢性中毒會引起頭痛、頭暈、咳嗽、食欲減退、惡心、嘔吐，嚴重者引起蛋白尿。 苯酚處理工藝 解決含酚廢水的途徑，一是改良企業(yè)產(chǎn)品制備工藝，降低廢水含酚濃度，或循環(huán)用水以減少廢水量：二是在 廢水排放過程中加以回收利用。目前，國內(nèi)外處理含酚廢水的常用方法有物化法、化學法和 [3032]生化法，主要有以下幾種方法： [3337]吸附法、 [3839]萃取法、[40]氣提法及 [41]液膜法、 [4243]酚醛縮聚法、化學氧化法、 [4445]活性污泥法、生物流化床法等。具體如下表： 表 苯酚處理工藝 分類 處理方法 使用范圍 優(yōu)點 缺點 物化法 溶劑萃取法 適用于高濃度含酚廢水的預處理及酚的回收。 萃取效率高，用量少，萃取液可多次重復使用，對含酚廢水處理能普遍適用。 操作復雜，萃取劑會給 環(huán)境帶來新的污染。 接下表 南京林業(yè)大學本科畢業(yè)設計（論文） 9 分類 處理方法 使用范圍 優(yōu)點 缺點 物化法 吸附法 適用于高低濃度廢水處理。 應用范圍廣，操作簡單，能耗低，凈化效率高，脫附率高，再生性能好。 需預處理工藝或三級處理配合。 液膜法 適用于高低濃度廢水處理，除酚率 可 達 到％。 工藝簡單，高效快速，選擇性高，分離效率高，乳液經(jīng)破乳后可重復使用。 操作技術要求高，液膜的穩(wěn)定性問題還未徹底解決。 氣提法 適用于焦化高濃度廢水處理，除酚率達 80％以上。 操作簡單，可回收酚，效率高。 酚殘留量大，對不揮發(fā)性酚不能使用。 化學法 酚醛縮聚法 適用于樹脂廠、塑料廠等高濃度廢水處理。 占地面積小，流程簡單，處理效果穩(wěn)定。 僅適用于超高濃度廢水初級處理，尚需其他工藝輔助進行后期處理。 化學氧化法 適用于低濃度廢水處理，以臭氧法應用最廣。 分解速度快，氧化能力強，凈化率高。 單元氧化能力的消耗量比較大，無法重復使用 生化法 活性污泥法 適用于低濃度含酚廢水（≤300mg/L）處理，可作為一級或二級處理 受氣候條件影響較小，處理效率高，占地面積較小，設備簡單。 運行管理要求高，承受能力低，污泥產(chǎn)生量大，對高濃度廢水處理效果不理想。 生物流化床法 能耗低，二次污染小，傳質(zhì)速度快，分離速率高，投資成本低。 操作管理要求條件高，不同體系可生化能力差異較大。 TiO2 納米 TiO2 簡介 TiO2能被光子激發(fā)而發(fā)生催化反應，所以它也是一種光催化劑。它具有氧化能力強，化學性質(zhì)穩(wěn)定無毒的性質(zhì)，這使它成為當今世界上最受青睞的光催化劑。 TiO2可在空氣凈化、廢水處理、抗菌、除污防霧、自潔凈等方面有廣泛應用。 南京林業(yè)大學本科畢業(yè)設計（論文） 10 TiO2 的晶型結(jié)構(gòu) 二氧化鈦在自然界低溫態(tài)有板鈦礦型、銳欽礦型和金紅石礦型三種晶體結(jié)構(gòu)。其中 [46]銳鈦礦和金紅石晶型的 TiO2在力學、電學、介電、磁學、光學以及熱學性能上具有很好的應用價值。創(chuàng)門都呈八面體結(jié)構(gòu)形式，如圖 ，板鈦礦結(jié)構(gòu)中，原子的近程分布是一個扭曲的八面體結(jié)構(gòu)，其中鈦原子位于結(jié)構(gòu)單元的中心，氧原子位于結(jié)構(gòu)單元的各頂點，每個氧原子和鈦原子之間的鍵長均不同。銳鈦礦晶型則具有更高的對稱性，是一個典型的八面體結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)中鈦原子同樣位于結(jié)構(gòu)單元的中心位置，而氧原子也同樣位于各頂點處，但氧原子和鈦原子間只有兩種不同的鍵長。銳鈦礦結(jié)構(gòu)中有四條共享邊。金紅石則是一個四面體的晶格結(jié)構(gòu)形式，鈦原子 位于結(jié)構(gòu)單元的中心，氧原子則位于單元的頂點位置，氧原子和鈦原子間也有兩種不同的鍵長。 [47]與板鈦礦和銳鈦礦結(jié)構(gòu)相比，金紅石礦具有更高的對稱性，有兩條共享邊，其密度也最大，為 。 圖 板鈦礦（ a） 、銳鈦礦（ b） 、金鈦礦（ c）型的八面體晶體結(jié)構(gòu) TiO2的性質(zhì) （ 1） TiO2具有很高的化學穩(wěn)定性熱穩(wěn)定性、耐化學腐蝕性和非遷移性。 （ 2）無毒性：可用在防曬化妝品和食品包裝材料上。 （ 3）紫外屏蔽性和可見性透明性。 （ 4）光催化性：納米二氧化欽利用自然光、常溫、常壓、 即可催化分解細菌和污染物，許多有毒有機物在納米 TiO2光催化作用下均可逐步降解為對環(huán)境無害的無機物。 南京林業(yè)大學本科畢業(yè)設計（論文） 11 （ 5）光電轉(zhuǎn)換特性：納米二氧化欽太陽能電池在模擬太陽光光源照射下，其光電轉(zhuǎn)換效率可達 12%，光電流密度達 12mA/cm2。具有優(yōu)異的光吸收和光電轉(zhuǎn)換特性 [48]。 （ 6）顏色效應：納米二氧化欽質(zhì)點小而透明，能大量阻隔紫外線，從而產(chǎn)生顏色效應。它與其它顏料的協(xié)同效應相當好，這一獨特的光學性能使其成為當今最高檔次的效應顏料。 TiO2的制備方法 [4953] （ 1）金屬的醇鹽水解法：先由 TiCl4制備鈦醇鹽，然后控制水解，沉積出偏鈦酸，干燥，鍛燒得到 TiO2亞微粉。以鈦鹽溶液直接強迫水解是制備納米 TiO2最簡單的方法。尚靜等用金屬醇鹽水解法制備的 TiO2粒子，隨焙燒溫度的增加 TiO2粒子長大，晶型由銳鈦礦向金紅石型轉(zhuǎn)變，光催化活性降低。 （ 2）溶膠一凝膠法：溶膠一凝膠法是目前用來制備超細陶瓷粉末、纖維和薄膜的一種有效方法，包括溶膠制備和溶膠一凝膠化兩個過程。這種方法是以欽醇鹽為原料，在無水乙醇溶劑中與水發(fā)生反應，經(jīng)水解與縮聚過程而逐漸凝膠化，再經(jīng)干燥、燒結(jié)處理即可得到納米 TiO2顆粒。此法制得的 產(chǎn)品純度高，顆粒細，尺寸均勻，干燥后顆粒自身的燒結(jié)溫度較低。 （ 3）超臨界流體干燥法 (SGFD法 )： SGFD法是近年來針對溶膠 — 凝膠法的改進。采用 SGFD法可降低干燥過程中的表面張力，保持凝膠的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，從而獲得多孔納米 TiO2。 （ 4）氣相法： TiCl4和氧氣體系在電阻爐或高頻感應等離子爐化學氣相沉積法合成平均粒徑為 20一 200nm的 TiO2。 （ 5）水熱合成法：由四氯化鈦先制得偏鈦酸，再在壓熱器中加溫加壓，水熱合成超微細TiO2。 研究的目的和內(nèi)容 研究的目的 在我國水污染控 制中，含酚廢水被列為重點解決的有害廢水之一，是工業(yè)有機廢水中最普遍最有代表性的一類，如何更加有效治理含酚廢水，減少環(huán)境污染，保護人類生存環(huán)境是一項亟待解決的工程實際問題。所以對苯酚等揮發(fā)酚類需要嚴格控制，而且對于揮發(fā)南京林業(yè)大學本科畢業(yè)設計（論文） 12 酚廢水的治理的研究也一直是熱點。 膨脹石墨表面及內(nèi)部孔結(jié)構(gòu)非常發(fā)達 , 有良好的疏水親油性 ,具有高的化學穩(wěn)定性 , 還能耐高溫、低溫 ,無毒 , 不會造成二次污染 , 易于處理。 目前對于膨脹石墨的吸附研究以吸附油類物質(zhì)和燃料居多，吸附其他污染物的報道較少見。本課題就是重點研究膨脹石墨對苯酚的吸附降解作用， 以去除污水中的苯酚。 研究的內(nèi)容 本實驗涉及（ 1）石墨的膨脹工藝選定；（ 2）膨脹石墨對苯酚降解性能的表征；（ 3）試驗并預測膨脹石墨對苯酚吸附性能。因此實驗內(nèi)容應包括三個方面： （ 1）膨脹石墨的制備； （ 2）用 TiO2對膨脹石墨表面進行改性以合成復合材料，即負載 TiO2的膨脹石墨的制備； （ 3）未負載膨脹石墨對苯酚的吸附性能測試以及與負載 TiO2的膨脹石墨的比較。 南京林業(yè)大學本科畢業(yè)設計（論文） 13 第二章 膨脹石墨的制備 實驗儀器 儀器名稱 儀器型號 生產(chǎn)廠家 電子分析天平 BS224S 北京賽多利斯儀器系統(tǒng) 有限公司 電熱恒溫水浴鍋 HH 2 國華電器有限公司 磁力加熱攪拌器 G8023CSPZ 佛山市格蘭仕微波爐電器有限公司 紫外可見分光光度計 TU1810 北京普析通用儀器有限公司 電熱恒溫鼓風干燥箱 DHG9123A 上海精宏實驗設備有限公司 紫外燈 256mn 佛山電器照明有限公司 馬弗爐 SX2410 上海實驗儀器廠有限公司 數(shù)顯 pH 計 上海雷磁創(chuàng)益儀器儀表有限公司 實驗試劑及材料 試劑 名稱 規(guī)格 生產(chǎn)廠家 乙醇 分析純 南京化學試劑有限 公司 冰乙酸 分析純 南京化學試劑有限公司 磷酸 分析純 南京化學試劑有限公司 硝酸 分析純 南京化學試劑有限公司 硫酸 分析純 南京化學試劑有限公司 高錳酸鉀 分析純 南京化學試劑有限公司 鹽酸 分析純 南京化學試劑有限公司 鈦酸正丁酯 分析純 上海凌峰化學試劑有限公司 南京林業(yè)大學本科畢業(yè)設計（論文） 14 材料 名稱 生產(chǎn)廠家 鱗片石墨 青島海達石墨公司 苯酚 國藥集團化學試劑有限公司 膨脹石墨的制備 采用化學氧化法制備膨脹石墨，以鱗片石墨作為原料，以濃硝酸和高錳酸鉀作為氧化劑，濃磷酸作為插層劑， 以一定比例倒入燒瓶中，恒溫水浴。一段時間后，以飽和磷酸氫二鈉溶液作為二次插層劑進行二次插層。 插層反應完成后水洗至中性，烘干，最后使用微波爐進行膨化，從而得到膨脹石墨。 圖 膨脹石墨的制備流程簡圖 南京林業(yè)大學本科畢業(yè)設計（論文） 15 TiO2 溶膠的制備 ①將 15ml 無水乙醇邊攪拌邊向其中倒入 10ml 的鈦酸正丁酯，充分攪拌，制成 A 液。 ②將 3ml 蒸餾水和 4ml 冰乙酸在攪拌的狀態(tài)下滴入 15ml 無水乙醇中，充分攪拌，制成 B液。 ③將 B 液在快速攪拌的狀態(tài)下逐滴加入 A 液中，控制 pH 值在 3 以下，充分攪拌直至鈦酸丁酯水解完全，最終形成透明的 TiO2溶膠。 負載 TiO2的膨脹石墨的制備 分別用兩種方法負載 TiO2。 方法一：將已經(jīng)制成的膨脹石墨在溶膠中浸泡 30min，取出后 105℃烘干，然后放入馬弗爐中 400℃煅燒一個小時。得到負載 TiO2的膨脹石墨，表觀呈粒狀。 方法二：將制好可膨脹石墨在溶膠中浸泡 30min，取出 70℃烘干，微波膨脹一段時間，然后放入馬弗爐中 400℃煅燒一個小時。得到膨脹體積在負