Page 219 - 《精细化工）》2023年第10期

第 10 期 张欣磊，等: 芳胺废渣衍生多孔碳高效吸附去除对硝基苯酚 ·2297·

突变点（t b ），ρ t /ρ 0 =0.95 的时间点为耗尽点（t s ）。动 从图 1 可以看出，4 种材料均呈现不规则的三
态平衡吸附容量计算公式为式（6）： 维孔道状结构。但当氧化镁用量相对较少时，材料
Q s t    的孔含量较少，且大多浮于表面。随着氧化镁用量
q  0  1 t   dt （6）
e
m 0   0  的增加，材料表面出现更多的无序孔结构。显然，氧
式中：ρ 0 为 PNP 溶液初始质量浓度，mg/L；ρ t 为 t 时 化镁模板的使用增加了材料的比表面积和孔容。
刻流出液质量浓度，mg/L；Q 为溶液流速，L/min；m 2.2 比表面积与孔径分布分析
为吸附剂质量，g；t b 和 t s 为穿透曲线的两个拐点，min。 图 2 为 RPC-0.50、RPC-0.75、RPC-1.00、RPC-
1.4.6 吸附剂重复使用实验 1.25 的 N 2 吸附-脱附等温线和孔径分布，比表面积
为了研究吸附剂 RPC-1.00 的重复使用性能，将 及孔容参数见表 1。

吸附剂进行过滤分离以后，在水浴摇床 298 K 利用
500 mL 无水甲醇进行解吸 6 h，过滤干燥后用于下
一次实验。准确量取 50 mL 初始质量浓度为 0.2 g/L
的 PNP 溶液，加入 0.02 g RPC-1.00 粉末，在 298 K
条件下吸附 12 h。
1.4.7 理论计算
采用 ORCA4.2.0 量化计算程序对 PNP 分子在碳
质吸附剂表面的吸附行为进行理论计算。构建单层
石墨烯团簇代表多孔碳材料的原始单元模型。模型
结构优化和能量计算在 B3LYP 杂化泛函、def2-SVP
基组水平下进行，并采用 DFT-D3 进行色散校正。
此外，采用 Multiwfn 3.7 波函数分析软件对 PNP 分
子与碳质吸附剂表面间的弱相互作用进行解析。吸
附能按式（7）进行计算 [11] ：
E abs  E PC PNP&  E PC  E PNP （7）
式中：E abs 为 PNP 分子在吸附剂表面的吸附能，
kJ/mol；E PC&PNP 为几何优化后的 PNP-团簇之间的总
能量，kJ/mol；E PC 和 E PNP 分别为吸附剂和 PNP 分
子的能量，kJ/mol。

图 2 RPCs 的 N 2 吸附-脱附等温线（a）以及孔径分布（b）
2 结果与讨论 Fig. 2 N 2 adsorption-desorption isotherms (a) and pore
size distribution (b) of RPCs
2.1 SEM 分析
表 1 RPCs 的比表面积及孔容
采用 SEM 对 RPC-0.50、RPC-0.75、RPC-1.00、 Table 1 Specific surface area and pore volume of RPCs
RPC-1.25 进行了测试，结果见图 1。 比表面积/ 孔容/(cm /g)
3
样品 (m /g) 微孔 介孔 总孔容
2
RPC-0.50 729 0.1444 0.7591 0.9035
RPC-0.75 1175 0.4148 0.7091 1.1239
RPC-1.00 1427 0.1464 1.3249 1.4713
RPC-1.25 1333 0.1343 1.4190 1.5533

从图 2a 可以看出，所有样品的 N 2 吸附-脱附等
温线在相对压力<0.1 时，N 2 吸附量急剧增加，呈现
垂直增加趋势，这属于典型的微孔吸附 [12] 。当相对
压力达到 0.3~1.0 范围内时，N 2 吸附量显著增加，
而且在 4 个样品中均存在或大或小的滞后环，说明
RPCs 中存在一定量的介孔，起到了毛细管冷凝的作

用。由图 2b 可以发现，所有样品的孔径在 1~2 nm
图 1 RPC-0.50（a）、RPC-0.75（b）、RPC-1.00（c）、RPC-1.25 以及 3~6 nm 范围内集中分布。与其他材料相比，
（d）的 SEM 图 RPC-0.75 并没有明显的磁滞回线，这主要是由孔径
Fig. 1 SEM images of RPC-0.50 (a), RPC-0.75 (b), RPC-
1.00 (c), RPC-1.25 (d) 分布所导致的，RPC-0.75 的孔径分布范围较窄，主