磁性多壁碳纳米管的制备及其吸附性能研究

摘要

近年来，具有优异吸附性能的碳纳米管开始应用于去除水体环境中污染物，然而碳纳米管可能存在的纳米毒性效应引起学者的广泛关注，因此从媒介中有效分离碳纳米管是不容忽视的关键问题。本实验合成了磁性多壁碳纳米管（MMWCNTs）吸附剂，探索了其用于模拟和实际废水中污染物吸附去除的可行性，研究了其对于四环素（TC）和铜离子的吸附去除规律。主要研究结论如下：
　　（1）通过液相化学沉积法成功制备了MMWCNTs，对改性前后碳纳米管的物理化学性能进行了表征，并通过其对模拟废水和实际废水的静态吸附实验，考察了其吸附性能变化。结果表明：多壁碳纳米管负载上了粒径约为10 nm的磁性颗粒，并通过共价键方式负载于碳纳米管表面，改性后碳纳米管仍具有较大的比表面积和孔容，该磁性纳米颗粒是MnFe2O4呈负电性。MMWCNTs具有超顺磁性和良好的磁分离特性且保持了其吸附性能。
　　（2）将MMWCNTs用于TC的吸附去除，结果表明：TC在MMWCNTs上的吸附规律更符合准二级动力学吸附模型。等温吸附实验表明Langmuir模型可以更好的描述此温度范围内该体系的吸附规律，室温下对 TC的最大吸附量达256.3 mg/g；热力学研究表明吸附过程自发吸热，以物理吸附为主；再生实验表明，氢氧化钠对MMWCNTs有很好的再生效果。用响应曲面法（RSM）建立了对水中TC去除率的吸附模型，当MMWCNTs投加量为200 mg/L、吸附时间480 min、溶液pH值为5.12时，TC去除率的RSM预测值为97.4％，实测值为96.9%，预测偏差为0.49%。RSM模型在设计范围内较好的预测了TC的去除率。
　　（3）将 MMWCNTs用于水中铜离子的吸附去除，结果表明：铜离子在MMWCNTs上的吸附更符合准二级动力学吸附模型；等温吸附实验表明Freundlich模型可更好的描述此温度范围内该体系的吸附规律，室温下对TC的最大吸附量达到3.5 mg/g；热力学表明该吸附过程自发吸热，以物理吸附为主。用响应曲面法（RSM）建立了对水中铜离子去除率的吸附模型，当 MMWCNTs投加量为600 mg/L、吸附时间90 min、溶液 pH值为5.0时，铜离子去除率的RSM预测值为73.5%，实测去除率为71.5%，预测偏差为2.04%。可见，RSM模型在设计范围内较好的预测了铜离子的去除率。
　　总之，MMWCNTs保持了良好的吸附性能，并具备了优良的磁分离性能，具有重要的研究意义和广阔的应用前景。

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第一章 绪论

1.1碳纳米管

1.2碳纳米管功能化修饰

1.3碳纳米管的吸附性能研究

1.4碳纳米管磁性复合材料作为吸附剂

1.5研究目的与内容

第二章 磁性多壁碳纳米管制备及表征

2.1前言

2.2试验部分

2.3磁性多壁碳纳米管的制备

2.4表征方法

2.5结果与讨论

2.6本章小结

第三章 磁性多壁碳纳米管吸附和去除四环素

3.1前言

3.2试验材料与方法

3.3磁性多壁碳纳米管吸附四环素前后的表征

3.4磁性多壁碳纳米管吸附四环素的影响因素

3.5磁性多壁碳纳米管对四环素的吸附动力学研究

3.6磁性多壁碳纳米管对四环素的吸附等温线研究

3.7磁性多壁碳纳米管对四环素的吸附热力学研究

3.8磁性多壁碳纳米管吸附响应面优化试验研究

3.9磁性多壁碳纳米管吸附再生研究

3.10本章小结

第四章 磁性多壁碳纳米管吸附和去除重金属铜

4.1前言

4.2试验材料与方法

4.3磁性多壁碳纳米管吸附铜离子前后的表征

4.4磁性多壁碳纳米管吸附重金属铜的影响因素

4.5磁性多壁碳纳米管对铜的吸附动力学研究

4.6磁性多壁碳纳米管对铜的吸附等温线研究

4.7磁性多壁碳纳米管对铜的吸附热力学研究

4.8磁性多壁碳纳米管对重金属铜的响应面优化研究

4.9本章小结

第五章 结论与建议

5.1结论

5.2创新

5.3建议

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢