磁性碳纳米管复合材料对金属离子和苯酚的吸附研究

摘要................................................................................................................................ I Abstract........................................................................................................................ I I 第一章绪论.. (1)

1.1我国的水资源现状 (1)

1.2我国的水污染概况 (2)

1.3水中污染物来源及处理 (3)

1.3.1重金属离子的去除方法 (3)

1.3.2有机污染物的去除方法 (4)

1.4碳纳米管复合材料 (5)

1.4.1碳纳米管简介 (5)

1.4.2碳纳米管复合材料的性能及分类 (6)

1.4.3碳纳米管复合材料的制备及应用 (8)

1.5吸附材料 (10)

1.5.1常用吸附材料及性能 (10)

1.5.2碳纳米管吸附材料的研究进展 (11)

1.6研究内容和意义 (12)

1.6.1研究内容 (12)

1.6.2研究意义 (13)

第二章实验材料、设备和技术路线 (14)

2.1实验材料与仪器设备 (14)

2.2实验技术路线 (15)

第三章复合材料的制备及表征分析 (17)

3.1复合材料的制备 (17)

3.1.1碳纳米管的纯化 (17)

3.1.2磁性碳纳米管的制备 (17)

3.1.3 SH-Fe3O4/O-MWCNTs复合材料的制备 (18)

3.1.4 N2H4-SH-Fe3O4/O-MWCNTs复合材料的制备 (18)

3.2复合材料的表征分析 (18)

3.2.1 SEM分析 (18)

3.2.2 TEM分析 (19)

3.2.3 XRD分析 (21)

3.2.4 FTIR分析 (22)

3.2.5 VSM分析 (22)

3.2.6 TGA分析 (23)

3.2.7 XPS分析 (24)

3.3本章小结 (27)

第四章磁性碳纳米管复合材料对铅离子、锌离子和苯酚的吸附研究 (28)

4.1 pH值对吸附过程的影响 (28)

4.2吸附热力学 (29)

4.3吸附时间的影响和吸附动力学 (31)

4.4吸附等温线 (34)

4.5泄露试验 (36)

4.6再生实验 (37)

4.7本章小结 (38)

结论与展望 (39)

结论 (39)

展望 (40)

参考文献 (41)

致谢 (47)

附录A攻读学位期间参与的科研项目和所取得的成就 (48)

摘要

随着我国现代化建设的发展，许多地区的环境和水源出现了不同程度的污染，日常饮用水和工业用水中金属离子和有机污染物的含量明显增加，水质安全严重影响人类的健康发展。铅和锌是自然界存在的金属元素，而苯酚是工业中常见的有机物，它们的大量使用增加了环境水体中金属离子和苯酚的含量。

以往的研究表明即使经过处理的污水，其水中仍含有少量的金属离子和酚类等有机污染物，虽然其含量较少但达不到排放标准，传统的方法很难去除干净。为此，本文以具有很高比表面积的碳纳米管(MWCNTs)为原材料，采用具有磁性的金属氧化物和对金属离子和酚类等有机污染物具有很高吸附活性的氨基和硫醇基改性的方法，制备出了N2H4-SH-Fe3O4/O-MWCNTs复合材料，并且研究了它对铅离子、锌离子和苯酚的吸附性能和吸附机理。

本文采用水热法将四氧化三铁均匀负载到碳纳米管的表面，然后将氨基和硫醇基包覆到磁性碳纳米管的表面；通过对复合材料表征分析得到四氧化三铁均匀负载到碳纳米管表面，氨基和硫醇基包覆于磁性碳纳米管的表面。

通过对水中铅离子、锌离子和苯酚的静态吸附实验，研究了N2H4-SH- Fe3O4/O-MWCNTs复合材料对金属离子和苯酚的吸附性能，同时研究了pH值，吸附时间、温度对静态吸附过程的影响。结果表明，pH为6时，复合材料对铅离子和锌离子的最大吸附容量可达到199.6mg/g和179.2mg/g，对苯酚的最大吸附量可达到56.2mg/g。仍在pH为6的情况下，研究了不同吸附时间对铅离子、锌离子和苯酚吸附容量的影响，实验表明在30min时吸附达到平衡，平衡吸附量分别为196mg/g、170mg/g和37mg/g。通过热力学研究得到，碳纳米管复合材料对金属离子和苯酚的吸附属于自发的吸热过程；本研究还对吸附过程进行了动力学研究，结果表明，碳纳米管复合材料对金属离子和苯酚的吸附符合二级动力学速率方程；根据吸附等温线显示吸附过程符合Freundlich 模型，吸附属于连续的多分子层吸附；通过溢出实验和再生实验，表明复合材料具有很好的稳定性和重复利用性。总体研究结果表明N2H4-SH-Fe3O4/O-MWCNTs复合材料对金属离子和苯酚具有很好的吸附效果，与传统的吸附剂相比较，具有很高的去除率，能够很好地去除水中的微量金属离子和苯酚等有机物，本研究为处理水中的微量有害物质提供了一个很好的方法。

关键词：碳纳米管；复合材料；吸附；热力学；动力学