氧化石墨烯、聚吡咯和多壁碳纳米管的修饰及对重金属、放射性核素的吸附

摘要

本论文采用等离子体法及氧化聚合反应合成了聚丙烯酰胺/氧化石墨烯（PAM/GO）、聚吡咯/磷酸氢钛（PPy/Ti(HPO4)2）和2-乙烯基吡啶/多壁碳纳米管（MWCNT-g-VP）复合材料，并分别研究了它们对放射性核素锶（Sr(II)）、重金属离子铬（Cr（VI））及铅（Pb（II））的吸附作用和机理。本论文共分四章。
　　第一章，总体介绍了重金属离子和放射性核素污染现状、其危害及常见的处理方法、影响吸附的主要因素及本论文的选题依据和主要研究内容。
　　第二章，用等离子体放电法成功合成了聚丙烯酰胺/氧化石墨烯（PAM/GO）复合材料，并应用于吸附水中的Sr(II)。并通过批次实验考察了溶液中的pH值、离子强度及温度等对吸附过程的影响。此外通过实验发现，吸附动力学符合假二级模型。热力学数据表明Sr(II)在PAM/GO上的吸附是一个自发的、吸热的过程，且符合Langmuir模型。表明所合成的PAM/GO复合材料对于废水中Sr(II)的去除有很好的应用前景。
　　第三章，通过氧化聚合反应成功地合成了PPy/Ti(HPO4)2有机-无机复合物，并用来吸附Cr（VI）效果显著。通过批试验，发现吸附受pH和离子强度的影响，低的pH和离子强度对吸附有利。吸附动力学符合假二级模型且Langmuir模型与Freundlich模型相比更适合本次的实验数据，表明Cr（VI）在PPy/Ti(HPO4)2上为单层吸附。热力学数据表明吸附是一个吸热的且自发的过程。制得的PPy/Ti(HPO4)2有望成为一种去除废水中Cr（VI）的理想材料。
　　第四章，通过等离子体方将2-乙基吡啶嫁接到到多壁碳纳米管上。根据X射线及光电子能谱分析，2-乙基吡啶分子嫁接到MWCNTs表面后，羟基和羧基发生了重排。MWCNT-g-VP表面的2-乙基吡啶分子可以阻止MWCNT-g-VP发生聚集且可以提供更多官能团，因而大大提供了吸附Pb(II)的能力。MWCNT-g-VP吸附Pb(II)的能力受pH影响说明吸附机理主要为内部表面络合。MWCNT-g-VP表面的吡啶基团对于固定溶液中的Pb(II)有重要作用。MWCNT-g-VP的有望成为吸附废水中重金属离子的合适材料。
　　综合以上几个方面的内容，对比不同的材料对不同金属离子的吸附性能，分析了吸附机理，为重金属离子和放射性核素进行危害评估以及有效治理提供了有关的理论基础和数据支持。