碳纳米管对黄河水中部分有害物质的吸附性能研究.docVIP

碳纳米管对Mn2+吸附性能的研究 李善评 甄博如 栾富波 张鉴达 （山东大学环境科学与工程学院，山东 济南 250100） 摘 要：本文纳米管College of Environmental Science and Engineering, Shandong University, Shandong Jinan 250100) Abstract: The adsorption of Mn2+ onto purified carbon nanotubes has been studied, and we discussed the conceivable mechanism. The results indicated that the adsorption of Mn2+ onto purified carbon nanotubes was better than onto raw carbon nanotubes, the adsorption process could be well modeled by isothermic equation Freundlich. It provides basic data for study on adsorption of metallic ions onto carbon nanotubes. Keywords: carbon nanotubes; Mn2+;purification 锰是一种重要的化学元素，广泛应用于农业、冶金等行业，但人和其它动物长期接触或大量摄取，就会引起锰中毒。随着国家对环保的重视和限制有毒物质的排放法规的实施，如何消除排放于自然界中的锰成为全社会关注的大问题。 碳纳米管[1]（CNT）是一种新型材料，具有中空的层状结构、大的比表面积、良好的化学稳定性和热的稳定性等优点，它在作为吸附材料和载体材料在储氢、污水处理和化学催化等方面具有广阔的应用前景。碳纳米管在金属离子吸附[3-6]等方面的研究刚刚起步，但正在迅速发展，逐步成为吸附领域的研究热点。 1 实验部分 1.1 试剂与仪器 Unico UV-2102PC型紫外可见分光光度计；CHA-S气浴恒温振荡器；ASAP 2000 比表面积测试仪；JEOL-200CX透射电子显微镜（TEM）；Sp3-100型红外光谱仪；TESTO- pH值测量仪。 碳纳米管(清华大学提供)；锰标准溶液；二次蒸馏水。 1.2 碳纳米管的纯化 取碳纳米管10.0g放入200ml氢氟酸中浸泡24h，去除催化剂载体，然后将其放入200ml浓硝酸中，在140oC下煮沸1h。冷却至室温后用核孔膜（孔径为2～4μm）真空过滤并反复洗涤至滤液pH=7为止。然后将经上述氧化处理的碳纳米管oC下干燥8h，冷却至室温，研细备用。 1.3 特性表征 采用JEOL-200CX透射电子显微镜观察纯化前后碳纳米管的结构，用Sp3-100型红外光谱仪测定纯化前后碳纳米管的表面官能团，同时用ASAP 2000 比表面积测试仪测定纯化前后碳纳米管的比表面积、孔径。 1.4 实验 分别称取0.1g原始的和纯化的碳纳米管样品，加入到250ml锥形瓶中，并分别加入4mg/L、6mg/L、8mg/L、10mg/L、12mg/L、14mg/L、16mg/L的锰标准使用液50ml。充分混合后，恒温振荡6h，过滤后采用原子吸收法测定溶液中Mn2+浓度，其吸附量： —吸附前和平衡时Mn2+的浓度，mg/L；W—碳纳米管的质量，g 。 2 结果与讨论 2.1 碳纳米管的分析表征 由图可知，纯化前后碳纳米管的平均直径为20nm，内径大约为8nm，其中空结构比较明显。原始碳纳米管管子较长，一般长度为几百纳米到几十微米，两端大多是封闭的，分散性差，且缠绕在一起，造成碳纳米管表面被覆盖，降低了碳纳米管的比表面积（图1a箭头所示）。纯化后的碳纳米管管长变短，两端的端帽被打开（图1b箭头所示），这是因为在纯化过程中，一方面氧化掉了无定形炭、碳纳米颗粒等杂质，另一方面碳纳米管的弯曲处和端帽处存在拓扑类缺陷（五元环、七元环），硝酸氧化很容易使这些缺陷被刻蚀，因而使碳纳米管变短，端帽也被打开。纯化的碳纳米管的比表面积和孔体积分别为154m2/g和0.58cm3/g，均大于原始碳纳米管的122m2/g和0.28cm3/g。 由图2可知，纯化的碳纳米管引入了各种含氧官能团，如羟基（-OH）、羰基（C=O）和羧基（-COOH）等。纯化的碳纳米管（图2a）在峰值1750cm-1和3500cm-1处明显出现了羰基和羟基官能团，1550cm-1和1200cm-1两个峰是碳本身的峰，而1400cm-1处的峰可能是由羧基和酚基中的羟基弯曲变形引起的。很明显纯化后，碳纳米管表面的官能团比原始碳纳米管增加了很