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1. 研究目的与意义及国内外研究现状

污水处理一直是环境治理中的热门话题。如何将污水中的有机物及其一些金属离子去除，实现污水的资源化，是研究的热点之一。污水中的主要污染物包括：有机污染物和重金属离子，重金属离子主要为铜、铬、镍、铅、汞等。

污水处理的方法有沉降、发泡、吸附、降解等，其中吸附法具有设备操作简单、测试快速高效等优点。常用的吸附剂有以碳质为原料的各种活性炭吸附剂和金属、非金属氧化物类吸附剂(如硅胶、氧化铝、分子筛、天然黏土等)。活性炭对大分子有机物、芳香族化合物和卤代烃均具有较强的吸附能力，能去除水中有机物和重金属离子。

活性炭是一种多孔性的材料，它具有孔隙构造，表面积大，能与污水充分接触，可以吸附污水中重金属离子、有机污染物等。活性炭表面的含氧官能团对活性炭性质影响最大。普通活性炭亲水性差，与水层分离，不能充分发挥吸附作用。磺酸基团的引入，不仅加强了活性炭的亲水性，使得活性炭与水层相接触，加大接触面积，充分发挥活性炭的吸附作用，有效去除污水中污染物，还能增强活性炭对于金属离子的选择吸附性。

2. 研究的基本内容

① 活性炭表面基团的作用：通过查询已有文献，了解普通活性炭表面基团的作用。其中，含氧官能团的数量和种类极大地影响了活性炭的吸附、催化、氧化还原和亲（疏）水等性质，并对其表面电荷和骨架电子密度产生影响，这些特性影响着活性炭作为催化剂的分散性和活性、吸附剂的吸附性行为等。

② 引入磺酸基团的作用：活性炭作为无机多孔碳材料，比表面积大，具有很强的吸附性。但不溶于水，且亲水性差，对于水中污染物的吸附能力有限。考虑到磺酸基团为亲水基团，引入活性炭表面后，可以增加活性炭的亲水性能，增大活性炭与污水的接触面积，从而增强活性炭对水中污染物的吸附能力。

③ 磺酸基团的引入：查询文献得知，碳材料引入磺酸基团的方法有很多。常用方法有：（1）碳材料与发烟硫酸在高温高压条件反应，磺酸基团引入量很大，但实验操作要求比较高，实际操作比较困难；（2）碳材料在氯磺酸蒸汽中磺酸化；（3）浓硫酸与矾酸钠的混合液作为磺化剂磺酸化碳材料，效果与发烟硫酸一样，操作简单；（4）十二烷基苯磺酸也可以用作磺酸化试剂与碳材料反应，引入磺酸基团。

3. 实施方案、进度安排及预期效果

实验试剂准备：活性炭、浓硫酸（98wt%）、hcl（5wt%）、5wt％navo₃；

实验仪器准备：电动搅拌器、恒温水浴锅、电热恒温油浴锅、红外光谱仪、x射线能谱仪、拉曼光谱仪、扫描电子显微镜

4. 参考文献

1、larichev y v, koskin a p. effect of vanadium compounds on the sulfonation of carbon materials[j]. kinetics catalysis, 2017, 58(5):663-667.

2、pan s, ragauskas a j. enhancement of nanofibrillation of softwood cellulosic fibers by oxidation and sulfonation[j]. carbohydrate polymers, 2014, 111(20):514-523.

3、he d, kou z, xiong y, et al. simultaneous sulfonation and reduction of graphene oxide as highly efficient supports for metal nanocatalysts[j]. carbon, 2014, 66(2):312-319.