Page 81 - 《精细化工》2020年第12期

第 12 期 屈 佳，等: 有序介孔碳的模板化构筑及其水处理应用研究 ·2443·

硅源，得到有序介孔碳，样品具有高度有序的介孔 物提供了更多的吸附活性位点。
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结构，比表面积和孔容分别为 1330 m /g 和 2.13 cm /g， HE 等 [72] 以 SBA-15 为模板，以蔗糖为碳源，制
平均孔径为 6.4 nm。对有序介孔碳表面进行氨基化 备了有序介孔碳材料 CMK-3，再用过硫酸铵和硫酸
改性得到胺化介孔碳，将两种材料用于水体中重金 进行羧基修饰，随后与正辛醇进行酯化反应得到烷
属离子 Cu(Ⅱ)和 Cr(Ⅵ)的吸附，有序介孔碳对 基链改性有序介孔碳材料 C 8 -CMK-3。C 8 -CMK-3 对
Cu( Ⅱ ) 、 Cr( Ⅵ ) 的饱 和吸 附量 分别为 213.33 、 苯酚的最大吸附量（720 μmol/g）明显高于 CMK-3
241.55 mg/g，胺化介孔碳对 Cu(Ⅱ)、Cr(Ⅵ)的饱和 （620 μmol/g），这是因为与 CMK-3 相比，C 8 -CMK-3
吸附量可分别达到 495.05、68.21 mg/g。可见胺化介 除了氢键还与苯酚之间存在疏水相互作用。YANG
孔碳对 Cu(Ⅱ)表现出较强的选择性吸附能力，推测 等 [73] 以酚醛树脂为碳源，以三聚氰胺为氮源，以
是因为 Cu(Ⅱ)在化学吸附过程中与氮原子的结合力 F127 和正硅酸乙酯为双模板，通过溶剂挥发诱导自
比 Cr(Ⅵ)强。ZENG 等 [67] 制备了聚丙烯酸功能化的 组装法制备了氮掺杂的有序介孔碳材料，比表面积
磁性有序介孔碳材料，有效提高了吸附剂对 Cd(Ⅱ) 高达 1901 m /g，孔容高达 1.64 cm /g，孔径均一
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的吸附能力，在表面羧基功能化的同时保持了介孔
（3.45 nm）。该材料用于选择性吸附含氯酚废水中
碳原有的规整结构，饱和磁化强度高达 9.2 emu/g，
的五氯苯酚，对五氯苯酚的初始吸附速率为 2,4,6-
说明 Cd(Ⅱ)在磁场作用下可以快速并有效地从水体
三氯苯酚的 2.97 倍。氮掺杂有序介孔碳对五氯苯酚
中分离。Cd(Ⅱ)的饱和吸附容量达到 406.6 mg/g，
的吸附容量（769.2 μmol/g）明显高于非氮掺杂有序
且通过乙二胺四乙酸溶液可以使吸附剂再生并重复 介孔碳（653.6 μmol/g），归因于五氯苯酚和表面含
利用。同课题组的 ZHOU 等 [68] 将聚丙烯酸功能化的
氮官能团的 π-π 相互作用。BOKE 等 [74] 以有序介孔
磁性有序介孔碳材料（P-MMC）用于同时去除水体
硅 SBA-15 为模板，以液态石油气为碳源，通过化
中的 Cu(Ⅱ)和除草剂阿特拉津（2-氯-4-乙胺基-6-异
学气相沉积法制备了有序介孔碳材料，比表面积为
丙胺基-1,3,5-三嗪），也达到了理想效果。吸附质与
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1783 m /g，69%的介孔孔径为 2.8 nm，31%的介孔
P-MMC 的羧基和羟基的络合作用以及与孔和铁纳
孔径为 2.2 nm。有序介孔碳对有机染料酸性橙 8
米粒子的直接吸附作用是 Cu(Ⅱ)和除草剂阿特拉津
（AO8）、亚甲基蓝、罗丹明 B 的吸附容量分别为
被有效去除的关键作用因素（图 9）。
222、833、233 mg/g，对亚甲基蓝有良好的吸附作
用。结果表明，染料分子的大小、介孔碳的比表面
积、染料与介孔碳表面的相互作用力是影响吸附效
果的重要因素。KONGGIDINATA 等 [75] 以 SBA-15
为模板，以蔗糖为碳源，制备了有序介孔碳材料，比
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表面积为(1276±6) m /g，孔容为(1.79±0.01) cm /g，孔
径为(5.99±0.01) nm。介孔碳对苯、甲苯、乙苯、二
甲苯的吸附容量分别为(5.1±1.4)、(18.2±3.1)、(31.7±
2.4)、(46.0±2.1) mg/g，总体上比市售活性炭高 27%。

3.3 生物活性分子
图 9 聚丙烯酸功能化的磁性有序介孔碳材料吸附水体
中的阿特拉津和 Cu(Ⅱ)的可能机制 [68] 食品、制药等领域会产生蛋白质、脂质、多糖
Fig. 9 Proposed adsorption mechanisms of polyacrylic 等生物活性成分，对食品加工、中药提纯等领域产
acid-functionalized magnetic ordered mesoporous 生的废水进行综合处理，能够在回收生物活性成分
carbon to atrazine and Cu(Ⅱ) [68] 的同时避免废水排放引起的环境问题 [76] 。有序介孔

3.2 有机污染物 碳对生物活性分子的吸附一方面要求介孔孔径要
造纸、印染、选矿、农药等工业生产活动中会 大，另一方面可在表面修饰官能团提高吸附量及选
产生大量且种类繁多的有机污染物，若污染物未经 择性。XU 等 [77] 以中间相沥青为碳前驱体、纳米 MgO
过妥善处理直接排入自然水体，会在污染生态环境 为模板，通过 300 ℃固化、900 ℃炭化、HCl 去除
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的同时通过食物链累积引起人体的急、慢性中毒或 MgO 得到高比表面积 （ 1409 m /g ）、大孔容
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致癌、致畸 [69-71] 。水中重要的有机污染物有酚类化 （2.8 cm /g）、高介孔率（89%）的介孔碳材料，对
合物、苯类化合物、卤烃类化合物等。对有序介孔 VB12、鸡蛋清白蛋白、牛血清白蛋白的最大吸附量
碳进行疏水化改性能够有效提高材料与有机污染物 分别达到 486、140、176 mg/g。吸附在很大程度上
的疏水相互作用，杂原子的引入也为固定有机污染 依赖于介孔孔径与生物活性分子的三维尺寸，与商