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文檔簡介
《多孔結(jié)構(gòu)g-C3N4的制備及其在磺胺類抗生素降解中的應(yīng)用研究》一、引言隨著環(huán)境污染問題的日益嚴(yán)重,磺胺類抗生素的殘留問題已經(jīng)成為人們關(guān)注的焦點。因此,研發(fā)高效的抗生素降解技術(shù)變得尤為重要。本文著重研究了多孔結(jié)構(gòu)g-C3N4的制備及其在磺胺類抗生素降解中的應(yīng)用,為解決抗生素污染問題提供了一種新的途徑。二、多孔結(jié)構(gòu)g-C3N4的制備1.材料與設(shè)備本實驗所需材料包括三聚氰胺、硫酸等。設(shè)備包括高溫爐、攪拌器等。2.制備方法首先,將三聚氰胺在高溫下進行熱聚合反應(yīng),得到初步的g-C3N4。隨后,通過控制合成條件,如溫度、壓力、時間等,制備出具有多孔結(jié)構(gòu)的g-C3N4。三、多孔結(jié)構(gòu)g-C3N4的表征與性能分析1.表征方法采用掃描電子顯微鏡(SEM)、透射電子顯微鏡(TEM)和X射線衍射(XRD)等手段對多孔結(jié)構(gòu)g-C3N4進行表征。2.性能分析多孔結(jié)構(gòu)g-C3N4具有較高的比表面積和良好的吸附性能,有利于磺胺類抗生素的吸附和降解。此外,其多孔結(jié)構(gòu)還有利于提高光催化性能,從而加速磺胺類抗生素的降解。四、多孔結(jié)構(gòu)g-C3N4在磺胺類抗生素降解中的應(yīng)用研究1.實驗方法以磺胺甲惡唑(SMX)為例,通過光催化降解實驗,研究多孔結(jié)構(gòu)g-C3N4對磺胺類抗生素的降解效果。同時,探討不同實驗條件(如光照強度、pH值等)對降解效果的影響。2.實驗結(jié)果與分析實驗結(jié)果表明,多孔結(jié)構(gòu)g-C3N4對磺胺甲惡唑具有較好的降解效果。隨著光照時間的延長,磺胺甲惡唑的降解率逐漸提高。此外,光照強度、pH值等實驗條件對降解效果具有顯著影響。在最佳實驗條件下,多孔結(jié)構(gòu)g-C3N4對磺胺甲惡唑的降解率可達(dá)到90%五、多孔結(jié)構(gòu)g-C3N4的優(yōu)化與性能提升5.1優(yōu)化制備方法針對多孔結(jié)構(gòu)g-C3N4的制備,進一步探索并優(yōu)化合成條件。例如,通過調(diào)整溫度、壓力、時間以及添加適當(dāng)?shù)哪0寤驌诫s其他元素,來控制g-C3N4的孔徑大小、孔隙率以及比表面積,從而提升其性能。5.2性能提升策略通過引入異質(zhì)結(jié)、負(fù)載助催化劑或進行表面修飾等方法,進一步提高多孔結(jié)構(gòu)g-C3N4的光催化性能和吸附性能。例如,可以與其他半導(dǎo)體材料復(fù)合,形成異質(zhì)結(jié),從而提高光生電子和空穴的分離效率。六、多孔結(jié)構(gòu)g-C3N4在環(huán)境治理中的應(yīng)用6.1水處理領(lǐng)域多孔結(jié)構(gòu)g-C3N4具有良好的吸附和光催化性能,可廣泛應(yīng)用于水處理領(lǐng)域,用于去除水中的磺胺類抗生素、重金屬離子、有機污染物等。通過實驗研究,驗證多孔結(jié)構(gòu)g-C3N4在實際水體中的凈化效果。6.2土壤修復(fù)領(lǐng)域多孔結(jié)構(gòu)g-C3N4的吸附性能有助于其在土壤修復(fù)領(lǐng)域的應(yīng)用。通過實驗研究,探討多孔結(jié)構(gòu)g-C3N4對土壤中磺胺類抗生素等污染物的吸附和降解效果,為土壤修復(fù)提供新的技術(shù)手段。七、環(huán)境友好型材料的應(yīng)用前景與挑戰(zhàn)7.1應(yīng)用前景多孔結(jié)構(gòu)g-C3N4作為一種環(huán)境友好型材料,具有廣泛的應(yīng)用前景。在未來,其將在水處理、土壤修復(fù)、空氣凈化等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用,為解決環(huán)境問題提供新的解決方案。7.2挑戰(zhàn)與機遇盡管多孔結(jié)構(gòu)g-C3N4具有諸多優(yōu)點,但其在實際應(yīng)用中仍面臨一些挑戰(zhàn)。如如何進一步提高其光催化性能和吸附性能、如何實現(xiàn)規(guī)?;a(chǎn)等。然而,這些挑戰(zhàn)也帶來了機遇。通過不斷的研究和探索,有望為多孔結(jié)構(gòu)g-C3N4的應(yīng)用開辟更廣闊的領(lǐng)域??偨Y(jié):多孔結(jié)構(gòu)g-C3N4的制備、表征、性能分析以及在磺胺類抗生素降解中的應(yīng)用研究具有重要的理論意義和實際應(yīng)用價值。通過不斷優(yōu)化制備方法和提升性能,多孔結(jié)構(gòu)g-C3N4將在環(huán)境治理領(lǐng)域發(fā)揮越來越重要的作用。八、多孔結(jié)構(gòu)g-C3N4的制備方法及其優(yōu)化8.1制備方法多孔結(jié)構(gòu)g-C3N4的制備主要通過熱解富含氮的前驅(qū)體,如尿素、硫脲等,然后在高溫下進行碳化處理,形成具有類石墨烯結(jié)構(gòu)的g-C3N4。其多孔結(jié)構(gòu)的形成通常是通過模板法、軟模板法或直接熱解法等方法來實現(xiàn)。8.2制備優(yōu)化為了進一步提高多孔結(jié)構(gòu)g-C3N4的性能,研究者們不斷探索優(yōu)化其制備方法。例如,通過引入特定的模板或添加劑,可以調(diào)控g-C3N4的孔徑大小和分布,從而提高其比表面積和吸附性能。此外,通過控制熱解溫度和時間,可以調(diào)整g-C3N4的結(jié)晶度和電子結(jié)構(gòu),進而影響其光催化性能。九、多孔結(jié)構(gòu)g-C3N4在磺胺類抗生素降解中的應(yīng)用機制9.1吸附機制多孔結(jié)構(gòu)g-C3N4具有較大的比表面積和豐富的孔道結(jié)構(gòu),使其具有良好的吸附性能?;前奉惪股乜梢酝ㄟ^物理吸附和化學(xué)吸附的方式被g-C3N4吸附并固定在其表面。此外,g-C3N4表面的官能團還可以與磺胺類抗生素發(fā)生相互作用,進一步提高其吸附效果。9.2光催化降解機制多孔結(jié)構(gòu)g-C3N4還具有優(yōu)異的光催化性能,可以在光照條件下將吸附在表面的磺胺類抗生素降解為低毒或無毒的物質(zhì)。光催化降解過程主要包括光的吸收、電子-空穴對的產(chǎn)生、電荷的傳輸與分離以及反應(yīng)物質(zhì)的氧化還原等步驟。通過優(yōu)化g-C3N4的電子結(jié)構(gòu)和提高其光吸收能力,可以進一步提高其光催化降解磺胺類抗生素的效率。十、多孔結(jié)構(gòu)g-C3N4在環(huán)境治理中的實際應(yīng)用10.1水處理領(lǐng)域多孔結(jié)構(gòu)g-C3N4已被廣泛應(yīng)用于水處理領(lǐng)域,用于去除水中的有機污染物、重金屬離子和病原體等。通過實驗研究,驗證了g-C3N4在實際水體中的凈化效果,為水處理提供了新的技術(shù)手段。10.2土壤修復(fù)領(lǐng)域多孔結(jié)構(gòu)g-C3N4的吸附性能使其在土壤修復(fù)領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價值。實驗研究表明,g-C3N4對土壤中磺胺類抗生素等污染物的吸附和降解效果顯著,為土壤修復(fù)提供了新的技術(shù)手段。通過進一步優(yōu)化g-C3N4的制備方法和性能,有望提高其在土壤修復(fù)領(lǐng)域的應(yīng)用效果。十一、未來研究方向與挑戰(zhàn)11.1未來研究方向未來研究將進一步探索多孔結(jié)構(gòu)g-C3N4的制備方法和性能優(yōu)化,以提高其在環(huán)境治理領(lǐng)域的應(yīng)用效果。此外,還將研究g-C3N4與其他材料的復(fù)合方法,以提高其綜合性能。同時,還將關(guān)注g-C3N4在實際環(huán)境中的穩(wěn)定性和可持續(xù)性等問題。11.2挑戰(zhàn)與機遇盡管多孔結(jié)構(gòu)g-C3N4具有諸多優(yōu)點,但其在實際應(yīng)用中仍面臨一些挑戰(zhàn)。如如何進一步提高其光催化性能和吸附性能、如何實現(xiàn)規(guī)?;a(chǎn)以及如何解決其在環(huán)境中的穩(wěn)定性等問題。然而,這些挑戰(zhàn)也帶來了機遇。通過不斷的研究和探索,有望為多孔結(jié)構(gòu)g-C3N4的應(yīng)用開辟更廣闊的領(lǐng)域,為解決環(huán)境問題提供新的解決方案。當(dāng)然,接下來,我將詳細(xì)討論關(guān)于多孔結(jié)構(gòu)g-C3N4的制備及其在磺胺類抗生素降解中的應(yīng)用研究的內(nèi)容。一、引言多孔結(jié)構(gòu)g-C3N4作為一種新型的二維材料,具有優(yōu)良的物理化學(xué)性質(zhì),近年來在環(huán)境治理領(lǐng)域,特別是水體凈化和土壤修復(fù)方面展現(xiàn)出了巨大的應(yīng)用潛力。特別是在處理水體中的磺胺類抗生素等污染物時,其吸附和降解效果顯著。二、多孔結(jié)構(gòu)g-C3N4的制備多孔結(jié)構(gòu)g-C3N4的制備主要采用熱解法。首先,以富含氮源的有機物(如尿素、三聚氰胺等)為原料,經(jīng)過高溫?zé)峤獾玫交窘Y(jié)構(gòu)為g-C3N4的化合物。在熱解過程中,可以通過控制熱解溫度和時間,調(diào)節(jié)得到的g-C3N4的形貌和孔隙結(jié)構(gòu)。隨后,采用物理或化學(xué)的方法對g-C3N4進行活化處理,從而增加其比表面積和孔容,進一步優(yōu)化其性能。三、g-C3N4對磺胺類抗生素的吸附與降解機制多孔結(jié)構(gòu)g-C3N4對磺胺類抗生素的吸附與降解主要通過物理吸附和光催化降解兩種方式實現(xiàn)。物理吸附主要依賴于g-C3N4的大比表面積和豐富的孔隙結(jié)構(gòu),能夠有效地吸附水中的磺胺類抗生素等污染物。而光催化降解則是在光照條件下,利用g-C3N4的光催化性能將吸附的污染物分解為無害的物質(zhì)。四、實驗研究與應(yīng)用實驗研究表明,多孔結(jié)構(gòu)g-C3N4對磺胺類抗生素等污染物的吸附和降解效果顯著。通過優(yōu)化制備方法和性能,可以進一步提高g-C3N4的吸附和降解能力。在實際應(yīng)用中,可以將g-C3N4作為吸附劑或催化劑應(yīng)用于水體凈化和土壤修復(fù)等領(lǐng)域。同時,還可以通過與其他材料進行復(fù)合,提高其綜合性能,如與活性炭、石墨烯等材料進行復(fù)合,以提高其吸附性能和光催化性能。五、未來研究方向與挑戰(zhàn)未來研究將進一步探索多孔結(jié)構(gòu)g-C3N4的制備方法和性能優(yōu)化。例如,研究不同熱解溫度和時間對g-C3N4形貌和孔隙結(jié)構(gòu)的影響,以及如何進一步提高其光催化性能和吸附性能等。此外,還將研究g-C3N4與其他材料的復(fù)合方法,以提高其綜合性能。同時,也需要關(guān)注g-C3N4在實際環(huán)境中的穩(wěn)定性和可持續(xù)性等問題。六、結(jié)論多孔結(jié)構(gòu)g-C3N4作為一種新型的二維材料,在環(huán)境治理領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。其優(yōu)良的物理化學(xué)性質(zhì)和良好的吸附與降解性能使其在水體凈化和土壤修復(fù)等領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價值。通過進一步研究和探索,有望為解決環(huán)境問題提供新的解決方案。七、多孔結(jié)構(gòu)g-C3N4的制備方法多孔結(jié)構(gòu)g-C3N4的制備主要采用熱解法。首先,選擇合適的氮源和碳源,如尿素、三聚氰胺等,通過高溫?zé)峤獾玫絞-C3N4前驅(qū)體。隨后,采用不同的方法,如模板法、摻雜法等來制造出多孔結(jié)構(gòu)。其中,模板法通常是將熱解得到的前驅(qū)體與特定的模板(如多孔氧化硅等)進行復(fù)合,通過控制熱解過程來保留模板的孔隙結(jié)構(gòu)。摻雜法則是在熱解過程中引入其他元素或化合物,如加入某些金屬氧化物或硫化物,利用其作為造孔劑或通過形成氣孔的方式來實現(xiàn)多孔結(jié)構(gòu)的制備。八、g-C3N4在磺胺類抗生素降解中的應(yīng)用磺胺類抗生素作為一類常見的有機污染物,具有難以降解的特點。多孔結(jié)構(gòu)g-C3N4因其獨特的物理化學(xué)性質(zhì),在磺胺類抗生素的降解中發(fā)揮了重要作用。實驗研究表明,g-C3N4具有較大的比表面積和豐富的活性位點,能夠有效地吸附和降解磺胺類抗生素。此外,g-C3N4還具有較好的光催化性能,可以通過光激發(fā)產(chǎn)生光生電子和空穴,進一步參與有機污染物的降解反應(yīng)。因此,將g-C3N4應(yīng)用于磺胺類抗生素的降解處理中,可以有效提高處理效率和處理效果。九、g-C3N4與其他材料的復(fù)合為了提高g-C3N4的綜合性能,研究人員正在探索將其與其他材料進行復(fù)合的方法。其中,與活性炭、石墨烯等材料的復(fù)合備受關(guān)注?;钚蕴烤哂休^高的比表面積和良好的吸附性能,而石墨烯則具有優(yōu)異的導(dǎo)電性能和力學(xué)性能。通過將g-C3N4與這些材料進行復(fù)合,可以提高其吸附性能、光催化性能和穩(wěn)定性等。此外,復(fù)合材料還可以通過協(xié)同作用實現(xiàn)性能的互補和優(yōu)化,進一步提高其在環(huán)境治理領(lǐng)域的應(yīng)用潛力。十、未來研究方向與挑戰(zhàn)未來研究將進一步關(guān)注多孔結(jié)構(gòu)g-C3N4的制備方法和性能優(yōu)化。首先,需要深入研究不同熱解溫度和時間對g-C3N4形貌和孔隙結(jié)構(gòu)的影響規(guī)律,以找到最佳的制備條件。其次,需要進一步探索如何提高g-C3N4的光催化性能和吸附性能,以提高其在環(huán)境治理領(lǐng)域的應(yīng)用效果。此外,還需要研究g-C3N4與其他材料的復(fù)合方法及其機理,以開發(fā)出具有更高性能的復(fù)合材料。同時,還需要關(guān)注g-C3N4在實際環(huán)境中的穩(wěn)定性和可持續(xù)性等問題,以確保其長期有效的應(yīng)用。十一、總結(jié)與展望多孔結(jié)構(gòu)g-C3N4作為一種新型的二維材料,在環(huán)境治理領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。其優(yōu)良的物理化學(xué)性質(zhì)和良好的吸附與降解性能使其成為解決環(huán)境問題的一種潛在解決方案。通過進一步研究和探索其制備方法和性能優(yōu)化,有望開發(fā)出更高性能的g-C3N4材料及其復(fù)合材料,為解決環(huán)境問題提供新的思路和方法。未來,隨著科技的不斷發(fā)展,相信多孔結(jié)構(gòu)g-C3N4在環(huán)境治理領(lǐng)域的應(yīng)用將更加廣泛和深入。十二、多孔結(jié)構(gòu)g-C3N4的制備及其在磺胺類抗生素降解中的應(yīng)用研究一、引言隨著工業(yè)化和城市化的快速發(fā)展,磺胺類抗生素(SAs)的廣泛使用導(dǎo)致其在環(huán)境中的殘留問題日益嚴(yán)重。這些微污染物對生態(tài)環(huán)境和人類健康構(gòu)成了嚴(yán)重威脅。因此,開發(fā)高效、環(huán)保的方法來處理磺胺類抗生素的污染問題顯得尤為重要。多孔結(jié)構(gòu)g-C3N4作為一種新型的二維材料,因其獨特的物理化學(xué)性質(zhì)和良好的吸附與降解性能,在磺胺類抗生素的降解中顯示出巨大的應(yīng)用潛力。二、多孔結(jié)構(gòu)g-C3N4的制備多孔結(jié)構(gòu)g-C3N4的制備主要通過熱解富含氮的前驅(qū)體,如尿素、硫脲等,來合成。在制備過程中,通過調(diào)整熱解溫度、時間和氣氛等參數(shù),可以控制g-C3N4的形貌、孔隙結(jié)構(gòu)和比表面積等性質(zhì)。特別是,多孔結(jié)構(gòu)的引入可以增強其吸附能力和光催化性能,從而提高其在磺胺類抗生素降解中的應(yīng)用效果。三、多孔結(jié)構(gòu)g-C3N4的吸附性能多孔結(jié)構(gòu)g-C3N4具有較高的比表面積和豐富的孔隙結(jié)構(gòu),使其具有良好的吸附性能?;前奉惪股胤肿涌梢酝ㄟ^物理吸附或化學(xué)作用被固定在g-C3N4的孔隙中,從而實現(xiàn)快速去除。此外,g-C3N4的氮元素含量高,具有良好的親水性和親有機性,有助于提高對水環(huán)境中磺胺類抗生素的吸附能力。四、多孔結(jié)構(gòu)g-C3N4的光催化性能除了吸附性能外,多孔結(jié)構(gòu)g-C3N4還具有優(yōu)異的光催化性能。在光照條件下,g-C3N4可以產(chǎn)生光生電子和空穴,這些活性物種可以與磺胺類抗生素發(fā)生氧化還原反應(yīng),從而實現(xiàn)降解。此外,g-C3N4的孔隙結(jié)構(gòu)有助于提高其光吸收能力和光能利用效率,從而提高光催化性能。五、復(fù)合材料的制備及其在磺胺類抗生素降解中的應(yīng)用復(fù)合材料可以通過將多孔結(jié)構(gòu)g-C3N4與其他材料(如金屬氧化物、碳材料等)進行復(fù)合制備。這些復(fù)合材料可以通過協(xié)同作用實現(xiàn)性能的互補和優(yōu)化,進一步提高在磺胺類抗生素降解中的應(yīng)用潛力。例如,金屬氧化物可以提供更多的活性物種和更高的光吸收能力,而碳材料則具有良好的導(dǎo)電性和穩(wěn)定的物理化學(xué)性質(zhì)。這些復(fù)合材料可以同時發(fā)揮吸附和光催化作用,實現(xiàn)磺胺類抗生素的高效去除。六、實驗方法與結(jié)果分析通過實驗研究不同制備條件下多孔結(jié)構(gòu)g-C3N4及其復(fù)合材料的形貌、孔隙結(jié)構(gòu)、比表面積等性質(zhì)的變化規(guī)律。同時,研究這些材料在磺胺類抗生素降解中的應(yīng)用效果,分析其吸附和光催化性能的影響因素及作用機制。通過對比實驗結(jié)果,找出最佳的制備條件和應(yīng)用方法。七、結(jié)論與展望多孔結(jié)構(gòu)g-C3N4作為一種新型的二維材料,在磺胺類抗生素降解中具有廣闊的應(yīng)用前景。通過制備優(yōu)化和性能研究,可以開發(fā)出更高性能的g-C3N4材料及其復(fù)合材料,為解決磺胺類抗生素污染問題提供新的思路和方法。未來,隨著科技的不斷發(fā)展,相信多孔結(jié)構(gòu)g-C3N4在環(huán)境治理領(lǐng)域的應(yīng)用將更加廣泛和深入。八、多孔結(jié)構(gòu)g-C3N4的制備方法多孔結(jié)構(gòu)g-C3N4的制備通常采用熱聚合或溶劑熱法等方法。其中,熱聚合方法是通過將富含氮的前驅(qū)體(如三聚氰胺、雙氰胺等)在高溫下進行熱解聚合,形成g-C3N4。而溶劑熱法則是在一定溫度和壓力下,通過溶劑中的反應(yīng)物進行聚合反應(yīng),從而得到多孔結(jié)構(gòu)的g-C3N4。在制備過程中,可以通過控制反應(yīng)條件(如溫度、壓力、反應(yīng)時間等)以及添加催化劑或模板劑等手段,調(diào)控g-C3N4的形貌、孔隙結(jié)構(gòu)以及比表面積等性質(zhì)。此外,還可以通過與其他材料(如金屬氧化物、碳材料等)進行復(fù)合,進一步提高其性能和應(yīng)用潛力。九、復(fù)合材料的制備及其在磺胺類抗生素降解中的應(yīng)用復(fù)合材料的制備通常采用物理混合、化學(xué)沉積或原位生長等方法。其中,物理混合法是將不同材料簡單混合在一起,而化學(xué)沉積和原位生長法則是在一定條件下使不同材料之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或生長在一起,從而形成復(fù)合材料。這些復(fù)合材料在磺胺類抗生素降解中具有協(xié)同作用,可以實現(xiàn)性能的互補和優(yōu)化。例如,金屬氧化物可以提供更多的活性物種和更高的光吸收能力,而碳材料則具有良好的導(dǎo)電性和穩(wěn)定的物理化學(xué)性質(zhì)。通過同時發(fā)揮吸附和光催化作用,這些復(fù)合材料可以實現(xiàn)磺胺類抗生素的高效去除。十、實驗結(jié)果分析通過實驗研究不同制備條件下多孔結(jié)構(gòu)g-C3N4及其復(fù)合材料的性質(zhì)變化規(guī)律,可以得出以下結(jié)論:1.形貌和孔隙結(jié)構(gòu)對材料的性能有重要影響。通過調(diào)控制備條件,可以獲得具有不同形貌和孔隙結(jié)構(gòu)的g-C3N4及其復(fù)合材料,從而優(yōu)化其性能。2.復(fù)合材料具有協(xié)同作用。不同材料之間的相互作用可以進一步提高材料的性能,實現(xiàn)磺胺類抗生素的高效去除。3.光催化性能受多種因素影響。例如,光催化劑的能帶結(jié)構(gòu)、光生電子和空穴的分離效率、催化劑表面的活性物種等都會影響其光催化性能。通過優(yōu)化制備條件和選擇合適的催化劑,可以提高光催化劑的性能。十一、結(jié)論與展望多孔結(jié)構(gòu)g-C3N4及其復(fù)合材料在磺胺類抗生素降解中具有廣闊的應(yīng)用前景。通過制備優(yōu)化和性能研究,可以開發(fā)出更高性能的g-C3N4材料及其復(fù)合材料,為解決磺胺類抗生素污染問題提供新的思路和方法。未來,可以進一步探索多孔結(jié)構(gòu)g-C3N4在其他環(huán)境污染治理領(lǐng)域的應(yīng)用潛力,如重金屬離子去除、有機污染物降解等。同時,還可以開展更多關(guān)于g-C3N4材料及其復(fù)合材料的制備、性質(zhì)和應(yīng)用的研究工作,推動其在環(huán)境治理領(lǐng)域的應(yīng)用和發(fā)展。二、多孔結(jié)構(gòu)g-C3N4的制備多孔結(jié)構(gòu)g-C3N4的制備過程涉及到多個關(guān)鍵步驟,其中主要的是前驅(qū)體的選擇與合成、熱解過程以及孔隙結(jié)構(gòu)的調(diào)控。1.前驅(qū)體的選擇與合成前驅(qū)體的選擇對于制備g-C3N4及其多孔結(jié)構(gòu)至關(guān)重要。常用的前驅(qū)體包括富含氮的有機物,如三聚氰胺、雙氰胺等。這些前驅(qū)體通過聚合反應(yīng)形成聚合物,然后進行進一步的熱解處理。2.熱
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