羰基合成与选择氧化国家重点实验室（OSSO）知识库

水体重金属污染已经引起人们的广泛关注，重金属污染物具有难以降解，可生物富集及放大等特点，对人类的身体健康造成严重威胁。吸附法是去除水体中重金属污染物的切实有效的方法，因此选择经济高效的吸附材料成为研究的热点。介孔碳材料具有超高的比表面积、发达的孔隙结构，已经被证实是一种优良的吸附剂材料，有望实现大规模工业化生产。如何选用合适的原料和方法制备具有高比表面积和发达孔隙结构的介孔碳材料，以及如何通过掺杂改性提高介孔碳材料的吸附性能是当前研究的重点。因此，本论文致力于合成具有高氮含量、高比表面积和孔容的介孔碳材料，对这些碳材料进行了系列的表征研究，将合成的氮掺杂的介孔碳材料应用于重金属离子的吸附，研究表明所制备的介孔碳材料具有优异的吸附性能。论文主要包括以下两部分内容：

（1）一种新型氮掺杂介孔碳材料的合成与表征。

采用硬模板法，以离子液体1-氰甲基-3-甲基咪唑溴盐为前驱体，LUDOX HS-40为模板，合成了具有高氮含量及磁性的氮掺杂介孔碳材料。采用 X-射线衍射光谱、透射电子显微镜、氮气吸附-脱附实验、X-射线光电子能谱及元素分析等方法对材料进行了表征。研究表明，材料中的碳均为石墨化碳，碳化温度对材料的物理化学性质尤其是氮含量具有重要影响，其中碳化温度为 800oC时合成的碳材料具有较高的比表面积(1028 m² g^-1)和孔容(0.94 cm³ g^-1)，同时具有较高的氮含量(21.0 wt%)，材料中氮主要以吡啶型和吡咯型两种形式存在。

（2）氮掺杂介孔碳材料对重金属离子的吸附性能研究。

研究了合成的介孔碳材料对重金属离子的吸附性能，考察了温度、pH、吸附时间、金属离子浓度及共存离子等因素对吸附效果的影响。在最优吸附条件下，典型的试样对Cu²⁺的吸附量高达117.1 mg g^-1。对吸附动力学和等温吸附曲线进行了研究，分别以准一级、准二级动力学方程和Langmuir、Freundlich吸附等温线模型对吸附过程进行拟合。研究发现，吸附过程更符合准二级动力学方程和Langmuir吸附等温线模型，表明吸附过程是化学单层吸附。对可能的吸附机理进行了初步探索，材料中吡啶型氮与金属离子之间的相互作用在吸附过程中起决定性作用。吸附循环实验表明，材料具有很好的解吸再生能力。因此，该类碳材料在重金属离子吸附方面具有较好的应用前景。