多壁碳納米管的改性及其吸附性能研究.pdf

1、碳納米管具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和表面性質(zhì)，如機(jī)械強(qiáng)度高、比表面積大、中空層狀結(jié)構(gòu)、優(yōu)越的化學(xué)和熱學(xué)穩(wěn)定性等。碳納米管不僅在微電子元器件、場發(fā)射材料、催化等領(lǐng)域應(yīng)用潛能廣闊，而且在納米科學(xué)與技術(shù)領(lǐng)域也是很有前途的吸附材料。但由于碳納米管在溶液中易團(tuán)聚，很難均勻分散在不同的溶劑中，從而限制了其在很多領(lǐng)域的應(yīng)用。因此，改性碳納米管以提高其分散和吸附性能得到了廣泛的研究。本文主要研究合成分散性能好的不同改性碳納米管將其用于有機(jī)蘇丹紅染料與無機(jī)重金屬離子

2、的吸附和去除。
　　(1)多壁碳納米管的改性和表征
　　用濃硝酸氧化多壁碳納米管(MWCNTs)，在其表面引入羧基、羥基、羰基等活性基團(tuán);其次，在陽離子表面活性劑十六烷三甲基溴化銨(CTAB)的作用下，將二氧化硅包覆到氧化多壁碳納米管(Ox-MWCNTs)表面，再通過離子交換法脫除CTAB后得到介孔二氧化硅包覆的多壁碳納米管(mSiO2@MWCNTs)，最后在甲苯中回流反應(yīng)中，將3-(2-氨基乙基氨基)丙基三甲基硅烷(ATP

3、ES)修飾到mSiO2@MWCNTs上，所得產(chǎn)物記為NN-mSiO2@MWCNTs。采用透射電鏡(TEM)、紅外光譜(FT-IR)、X射線衍射(XRD)、低溫氮吸附—解吸(N2 adsorption-desorption)等技術(shù)手段研究改性多壁碳納米管的結(jié)構(gòu)和表面性質(zhì)。分析結(jié)果表明:改性MWCNTs的分散性能得到了較大程度地提高;介孔二氧化硅層均勻地覆蓋在多壁碳納米管表面，ATPES成功接枝在mSiO2@MWCNTs上。
　　(2

4、)氧化碳納米管吸附和去除蘇丹紅Ⅰ和Ⅱ
　　研究氧化碳納米管對(duì)蘇丹紅Ⅰ和Ⅱ正己烷溶液的吸附行為，主要考察了吸附時(shí)間、吸附劑用量、蘇丹紅Ⅰ和Ⅱ正己烷溶液初始濃度對(duì)吸附性能的影響。應(yīng)用兩種熱力學(xué)等溫線來描述吸附平衡，同時(shí)用三種動(dòng)力學(xué)模型來評(píng)價(jià)吸附過程。結(jié)果表明，氧化碳納米管對(duì)蘇丹紅Ⅰ和Ⅱ溶液的吸附過程符合Langmuir和準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型。氧化碳納米管能快速吸附蘇丹紅Ⅰ和Ⅱ正己烷溶液，不到30 min就能達(dá)到吸附飽和，對(duì)蘇丹紅Ⅰ和Ⅱ的最

5、大吸附量分別為41.408 mg/g和47.037 mg/g。
　　(3) NN-mSiO2@MWCNTs吸附水溶液中重金屬離子
　　對(duì)比考察了不同改性多壁碳納米管對(duì)水溶液中重金屬鉛離子、鎳離子、銅離子和鋅離子的吸附特性，結(jié)果表明NN-mSiO2@MWCNTs對(duì)重金屬離子具有顯著的吸附效能。然后，以銅離子作為代表研究了NN-mSiO2@MWCNTs作為一種新的吸附劑對(duì)金屬離子吸附的動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)。結(jié)果表明，吸附動(dòng)力學(xué)可以很好