苯酚废水是一种常见的工业污染物,因其具有极强的生物毒性,严重危害环境和人类健康,被全球列为重点治理的有害废水之一。目前常用吸附法来处理苯酚废水,活性炭便是其中运用最为广泛的一种吸附剂。但是传统的活性炭多为粉状或粒状,其中含有大量的盲孔和封闭孔,并存在矿物灰分,严重影响了其吸附容量;且在循环使用中由于摩擦造成的损耗高达5%-10%,降低了活性炭的使用效率。本文以膨胀石墨为基体,蔗糖溶液为炭源,磷酸为活化剂制得膨胀石墨基炭/炭复合材料。考察了不同浸渍比、活化时间和活化温度对材料孔结构的影响,并通过SEM对其形貌进行观察。结果表明:该复合材料保留了膨胀石墨发达的孔隙结构和空间形貌,活性炭以炭膜的形式铺展在膨胀石墨二级孔的孔壁上,厚度约为50-100nm,这使得膨胀石墨基炭/炭复合材料具有良好的通透性;当浸渍比为0.9、活化时间2h、活化温度350℃时,膨胀石墨基炭/炭复合材料的比表面积最高,达到1948m~2/g,且孔隙结构发达,具有极强的吸附能力。通过控制蔗糖溶液的浓度来调控活性炭层的厚度,经SEM观察可以看出:随着蔗糖溶液浓度的增加,活性炭层的厚度也增加。随后建立苯酚吸附动力学模型,研究了不同炭层厚度膨胀石墨基炭/炭复合材料的吸附动力学行为,结果表明,活性炭以炭膜的形式铺展时可以增加吸附层与苯酚溶液的接触面积,减少苯酚分子的扩散行程,能在较短时间内达到吸附平衡。因此膨胀石墨基炭/炭复合材料的吸附速率和吸附能力高于颗粒状活性炭,且炭层越薄,对苯酚的吸附速率越快,炭层厚度在100nm左右时的苯酚吸附速率是颗粒状活性炭的4倍。Boehm滴定和苯酚静态吸附实验表明,磷酸活化得到的膨胀石墨基炭/炭复合材料表面存在着大量的酸性官能团,主要是羧基、内酯基和酚羟基。这些酸性官能团的存在,大大降低了材料对苯酚的吸附亲和力,其苯酚吸附量仅为173.1mg/g。减少酸性官能团的含量或者在材料表面植入碱性的含氮官能团可以提高材料的苯酚吸附能力,采用简单尿素改性处理可以使其苯酚吸附量提高到212.1 mg/g。使用XPS和FT-IR对材料表面官能团进行标定,结果发现:经过尿素改性后试样表面存在吡咯和吡啶结构,这些结构上的N含有孤对电子,具有较强的碱性,对弱酸性的苯酚有着较强的吸附亲和力。研究表明改性时,含氮官能团容易出现在含氧官能团相邻或相近的位置,而经过硝酸改性的试样表面存在大量的含氧官能团,所以经过硝酸预处理的试样可以提高尿素改性的效果。经过硝酸预处理的试样在尿素改性后,其苯酚吸附能力达到242.1 mg/g,较原样提高了37%,明显高于简单的尿素改性。