Page 57 - 《精细化工》2020年第4期

第 4 期 韩金玲，等: 高吸附性能介孔磁性复合碳球的制备
Fe 3 O 4 @C-M，于温度 25 ℃、搅拌转速 200 r/min 下
吸附至平衡，吸附剂采用磁铁快速分离，溶液中红
霉素的平衡浓度采用化学效价法测定 [13] ，即通过硫
酸显色后使用紫外分光光度计在 483 nm 处测定溶
液吸光度，通过标准曲线换算红霉素溶液的浓度。并
按式（1）计算单位吸附剂的吸附量。
    V
q  0 t
m 径，进一步推测可用来调节 Fe 3 O 4 @C-M 的壳层厚
式中：ρ 0 、ρ t 分别为吸附前、t 时间溶液中红霉素的
质量浓度，mg/L；q 为单位吸附剂对红霉素的吸附
量，mg/g；V 为溶液体积，L；m 为吸附剂质量，g。
2 结果与讨论
2.1 碳球制备工艺的优化
2.1.1 醇水比对碳球形貌的影响
TEOS 的水解缩合反应和 RF 的聚合反应是在乙
醇/水溶液中进行的，复合材料的形貌随着溶液中乙
醇/水的体积比不同而有很大差异。图 1 为不同醇水
体积比下制备碳球的 SEM 图。由图 1 可知，当 V(乙
醇)∶V(水)= 1∶6 时，碳材料为棒状结构；随着乙醇
含量的增加，复合材料的形貌逐渐转变为球形，且碳
球粒径逐渐增大。当 V(乙醇)∶V(水)= 3∶4 时，材料
具有良好的球形度。当醇水比继续增大，碳球彼此之
间粘连加剧，球形度变差。因球形碳材料具有分散
性好、表面能小、比表面积大、堆积密度高等优势，
本研究选择 V(乙醇)∶V(水)= 3∶4 为优化实验条件。
a—V(乙醇)∶V(水)= 1∶6; b—V(乙醇)∶V(水)= 2∶5;
c—V(乙醇)∶V(水)= 3∶4; d—V(乙醇)∶V(水)= 4∶3
图 1 不同醇水体积比下制备碳球的 SEM 图
Fig. 1 SEM images of carbon spheres prepared by
different ethanol-water volume ratios
2.1.2 表面活性剂对碳球粒径的影响
CTAB 属于阳离子表面活性剂，TEOS 在乙醇水
溶液中迅速水解成带负电荷的硅酸盐，RF 反应生成
带负电荷的羟甲基取代物，两者都可与带正电荷的
·691·
CTAB 发生静电相互作用，CTAB 辅助二者在胶态悬
浮液中同时缩聚。图 2 为不同表面活性剂用量下制
备的碳球的 SEM 图。如图 2 a 所示，当不添加 CTAB
时，制备得到的碳球粒径较小，平均粒径约 330 nm；
当添加 CTAB 后，碳球平均粒径增大到 1.5~2.5 m，
且随着 CTAB 用量增大，碳球的粒径逐渐增大，表
明通过改变表面活性剂用量可以调节碳球的平均粒
（1）
+
度。CTAB 溶解在水中会提供 NH 4 ，与催化剂氨水
+
提供的 NH 4 一起依附在微球表面，使微球之间由于
同性相斥力彼此单一分散，避免微球团聚。
a—未添加 CTAB; b—0.4 g CTAB;
c—0.6 g CTAB; d—0.8 g CTAB
图 2 不同表面活性剂用量时碳球的 SEM 图
Fig. 2 SEM images of carbon spheres with different
surfactant dosage
考察了不同 CTAB 用量下制备的 4 种碳球对红
霉素的吸附性能，无 CTAB 存在时制得的碳球的
吸附量是 13 mg/g，当 CTAB 用量分别是 0.4、0.6、
0.8 g 时，相应碳球的红霉素吸附量分别为 360、401、
390 mg/g。由此可见，CTAB 的加入与否显著影响碳
球的吸附性能，不同 CTAB 用量对吸附性能的影响
相差不大，因此，在兼顾吸附性能和制备成本前提
下，选择 0.6 g CTAB 作为优化用量。
2.1.3 TEOS 对碳球表面孔隙的影响
图 3 为不同 TEOS 用量下制备的碳球的氮气吸
脱附曲线。由图 3 可知，当不引入 TEOS 时，氮气
吸脱附曲线为 I 型吸附曲线，综合表 1 中的比表面
积数据可以看出，碳球比表面积和总孔容较小，且
孔隙结构多为微孔；当引入 TEOS 后，制备的碳球
的氮气吸脱附曲线为Ⅳ型吸附曲线，在 P/P 0 >0.4 后
存在明显的滞后环，孔隙结构由微孔变为介孔，结
果说明 TEOS 的引入是形成介孔的关键。且碳球的
比表面积和介孔孔容占比随着 TEOS 用量的增大而
增大，因此，选择 4 mL TEOS 作为优化用量。