Page 80 - 《精细化工》2020年第12期
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·2442·                            精细化工   FINE CHEMICALS                                 第 37 卷

            米粒子均匀负载在三维有序大/介孔碳上得到 ZnO/                              虽然采用不同结构的天然矿物为硬模板可以制
            三维大介孔碳材料，有序、互通的大孔有利于锂离                             备廉价的介孔碳材料，但与有序介孔硅模板法相比，
            子和电解质的快速扩散，而有序的介孔能够缓冲                              材料的孔径通常略小、介孔有序性略差                  [59] ，用于废
            ZnO 充放电循环过程引起的体积膨胀，因此，ZnO/                         水中污染物吸附处理的文献鲜见报道；而 MOFs 作
            三维大介孔碳材料具有良好的电化学性能，被用作                             为牺牲模板的成本太高。故经常采用有序介孔硅为
            锂离子电池的负极材料。                                        硬模板、嵌段共聚物为软模板，或采用正硅酸乙酯、
                 此外，周颖等      [55] 将单分散聚苯乙烯（PS）微球               嵌段共聚物为双模板制备多级有序微/介孔碳，用作
            在重力作用下自组装获得 PS 胶体阵列，并以该胶体                          水处理吸附剂，以提高材料的比表面积。
            阵列为大孔模板，以 F127 自组装体为软模板，以低                             绝大多数的有序介孔碳及其改性材料对常见污
            聚酚醛树脂为碳前驱体，采用双模板法合成了具有                             染物的吸附过程符合准二级动力学方程，吸附主要
            大孔-介孔分级孔结构的碳材料，用作电化学双电层                            受化学作用控制。
            电容器电极材料。该碳材料的大孔尺寸约为 1 μm，                          3.1   重金属离子
                                                       2
            介孔孔径集中分布在 5 nm，比表面积为 353.8 m /g，                       重金属离子超标是极具危害性的水污染因素。
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            孔容为 0.36 cm /g，比表面积和孔容均不大。HO 等              [56]   重金属离子具有毒性大、在环境中不易被代谢、易
            则采用另一种思路，通过制备特殊结构模板剂的方                             经过食物链进入生物体内等特点               [60-62] ，严重威胁水
            法制备了分级结构的碳材料。首先利用 Stöber 法制                        生生物和人类的健康。水体中常见的危害性重金属
            备了单分散二氧化硅微球（粒径 350~420 nm），接                       离子有 Hg(Ⅱ)、Pb(Ⅱ)、Cu(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)、
            着以十六烷基三甲基溴化铵为结构导向剂在二氧化                             Cr(Ⅵ)、As(Ⅲ)等。有序介孔碳作为重金属离子吸附
            硅微球表面生长了一层介孔二氧化硅壳层，并以此                             剂，其比表面积，尤其是表面化学组成在很大程度
            为模板，以糠醇为碳源，煅烧并用 HF 刻蚀掉二氧                           上决定了其吸附性能。采用双模板法引入微孔能够
            化硅模板得到分级大/介孔碳材料，材料的比表面积                            提高材料的比表面积；杂原子 N、O 等的引入能够
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            达 699 m /g。将 Li 4 Ti 5 O 12 纳米粒子嵌入该分级孔碳            显著提高有序介孔碳的表面极性，从而大幅度地提
            材料，可改善低温下锂离子电池的使用性能。                               高吸附量；表面修饰羧基、氨基、巯基等官能团能
                                                               够与重金属离子产生络合作用、静电引力等，从而
            3   有序介孔碳在吸附水处理领域的应用                               有效提高材料的吸附量及选择性。

                                                                   EZZEDDINE 等   [63] 以 SBA-15 为硬模板制备有
                 水污染是个世界性的难题。处理废水的方法有
                                                                                              2
                                                               序介孔碳 CMK-3，比表面积 929 m /g，孔径 4 nm，
            很多，其中吸附法因具有操作简单、效果显著、应
                                                               对 Pb(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)、Cu(Ⅱ)的饱和吸附量分别为 3.45、
            用广泛等特性，成为备受科研人员青睐的废水处理
                                                               3.86、4.00 mmol/g。将 CMK-3 用于实际废水的处理，
            方法。吸附容量大、吸附速度快、机械强度好、稳
                                                               发现废水中其他共存离子如 Ca(Ⅱ)等不影响 CMK-3
            定性高、选择性好、成本低廉是对实用型水处理剂
                                                               的吸附性能。BARCZAK 等          [64] 同样以 SBA-15 为硬
            的基本要求      [57-58] 。
                                                               模板，以蔗糖为碳源，制备了有序介孔碳 P-CMK-3，
                 有序介孔碳材料具有超高的比表面积，能够提
                                                               经(NH 4 ) 2 S 2 O 8 /H 2 SO 4 处理得到氧化型有序介孔碳
            供大量的吸附活性位点。一般而言，有序介孔碳的
                                                               O-CMK-3，再经过改性得到氨基功能化的有序介孔
            吸附量与其比表面积呈正相关关系。而吸附速度主
                                                               碳 A-CMK-3。经过改性，介孔碳的孔隙率和孔隙有
            要与吸附剂粒度及孔径分布有关，有序介孔碳材料
                                                               序性下降，却增添了不同的官能团，从而对不同的
            具有规则的孔道结构以及适宜的孔径分布，发达的
                                                               二价重金属离子 Pb(Ⅱ)、Cu(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)
            介孔有利于吸附质在孔中的扩散。通常情况下，吸
                                                               等展现出不同的吸附能力。O-CMK-3 和 A-CMK-3 对
            附剂粒度越小，吸附速度越快，故吸附质能够较快
                                                               Pb(Ⅱ)的吸附能力较强，达到 177 mg/g，对 Cd(Ⅱ)的
            地在有序介孔碳纳米球等纳米级吸附剂上达到吸附
                                                               吸附能力却弱于 P-CMK-3（68 mg/g）。WEINBERGER
            平衡。此外，有序介孔碳材料的化学稳定性好、热                               [65]
                                                               等   以介孔硅 KIT-6 为硬模板，以果糖和尿素为前
            稳定性高、机械强度高、安全无毒、经久耐用，因                             驱体制备了高 N、O 含量的有序介孔碳，比表面积
            而是一种非常理想的吸附材料。值得关注的是，有                             为 1197 m /g，孔容为 1.16 cm /g，孔径为 3.8 nm。
                                                                        2
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            序介孔碳材料的孔径大小及分布可调控，介孔表面                             实验室采用 Cu(NO 3 ) 2 水溶液测试材料对 Cu(Ⅱ)的吸
            易于修饰，可通过改性进一步提高材料的吸附容量                             附性能，当 Cu(Ⅱ)初始质量浓度较小（21.8 mg/L）
            及吸附选择性。因此，有序介孔碳作为新型吸附剂                             时，材料对 Cu(Ⅱ)的去除率达到 99%。陈田等                  [66]
            在水处理领域得到了广泛关注。                                     以 F127 为软模板、酚醛树脂为碳源、正硅酸乙酯为
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