碳纳米管对水体有机污染物的吸附研究进展

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1、Ｖｏｌ．３９Ｎｏ．１１化工新型材料第３９卷第１１期·６·ＮＥＷＣＨＥＭＩＣＡＬＭＡＴＥＲＩＡＬＳ２０１１年１１月欍欍欍欍欍欍欍欍氥氥欍欍综述与专论欍欍氥氥欍欍欍欍欍欍欍欍碳纳米管对水体有机污染物的吸附研究进展高静１，２２２＊陈扬２１＊徐殿斗马玲玲刘全生（１．内蒙古工业大学化工学院，呼和浩特０１００５１；２．中国科学院高能物理研究所核分析技术重点实验室，北京１０００４９）摘要独特的物理化学性质使新型碳纳米材料—碳纳米管（ＣＮＴｓ）具有优异的吸附性能，被广泛的应用在污染水体治理中。详细阐述了ＣＮＴｓ对水体有机污染物的吸附研究进展，并总结了影响因素和吸附机理，最后展

2、望了碳纳米管吸附应用的前景。关键词碳纳米管，有机污染物，吸附，影响因素Ｒｅｓｅａｒｃｈｐｒｏｇｒｅｓｓｉｎｔｈｅａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｏｆｐｏｌｌｕｔａｎｔｓｏｎｃａｒｂｏｎｎａｎｏｔｕｂｅｓｉｎｗａｔｅｒ１，２２２２１ＧａｏＪｉｎｇＸｕＤｉａｎｄｏｕＭａＬｉｎｇｌｉｎｇＣｈｅｎＹａｎｇＬｉｕＱｕａｎｓｈｅｎｇ（１．ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＣｈｅｍｉｃａｌＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＩｎｎｅｒＭｏｎｇｏｌｉａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈｏｈｈｏｔ０１００５１；２．ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＮｕｃｌｅａｒＡｎａｌｙｔｉｃａｌＴｅｃｈｎｉｑｕｅｓ，Ｉ

3、ｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＨｉｇｈＥｎｅｒｇｙＰｈｙｓｉｃｓ，ＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００４９）ＡｂｓｔｒａｃｔＤｕｅｔｏｔｈｅｕｎｉｑｕｅｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ，ｃａｒｂｏｎｎａｎｏｔｕｂｅｓ（ＣＮＴｓ）ｈａｖｅｓｈｏｗｎｔｈｅｅｘｃｅｌｌｅｎｔａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ．Ｔｈｅｙａｒｅｗｉｄｅｌｙｕｓｅｄａｓａｋｉｎｄｏｆａｄｓｏｒｂｅｎｔｔｏｒｅｍｏｖｅｐｏｌｌｕｔａｎｔｓｉｎｗａｔｅｒ．ＯｎｔｈｅｂａｓｉｓｏｆｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｅｓｏｆａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｏｆｏｒｇａｎｉｃｐｏｌｌｕｔａｎｔｓｏｎＣＮＴｓｉｎｗａｔｅｒ

4、，ＷｅＴｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇｆａｃｔｏｒｓａｎｄａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｍｅｃｈａｎｉｓｍｗｅｒｅｓｕｍｍａｒｉｅｄ．Ａｔｌａｓｔｔｈｅｐｒｏｍｉｓ－ｉｎｇａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＣＮＴｓｉｎａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｗａｓｄｉｓｃｕｓｓｅｄａｓｗｅｌｌ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓｃａｒｂｏｎｎａｎｏｔｕｂｅ，ｏｒｇａｎｉｃｐｏｌｌｕｔａｎｔ，ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ，ｉｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇｆａｃｔｏｒ［４－５］。日本ＮＥＣ电镜专家Ｉｉｊｉｍａ于１９９１年用真空电弧蒸发石丁烷在ＣＮＴｓ上的成键键能要远远强于其他短链烷烃［１］，成墨电极偶然间发现了一维结构材料—碳纳米管（ＣＮＴ

5、ｓ）饮用水中的三卤甲烷在ＣＮＴｓ上的吸附量随分子尺寸的降低为如今最重要的人工碳纳米材料之一。按照石墨烯片的层数而增强。ＣＮＴｓ对ＣＨＣｌ３的最大吸附量为２．７２ｍｇ／ｇ，而对可将ＣＮＴｓ分为单壁碳纳米管（ＳＷＮＴｓ）和多壁碳纳米管ＰＡＣ为１．３２ｍｇ／ｇ。因此，ＣＮＴｓ可作为一种理想的吸附剂用（ＭＷＮＴｓ）。ＳＷＮＴｓ的直径在零点几到几纳米之间，长度为［６］。于去除水中的卤化物几十微米。ＭＷＮＴｓ的直径在几到几十纳米之间，长度可达１．１．２苯及苯取代物类几毫米，层数从两层到几十层不等，层与层之间的距离大概为苯及其取代物是环境水体内常见的危害性较大的有机污０．３

6、４ｎｍ，均具有极大的长径比。ＣＮＴｓ具有疏水性表面、较大染物。ＭＷＮＴｓ对苯、甲苯、乙苯以及对二甲苯（ＢＴＥＸ）等常的比表面积以及较强的反应活性，因此具有良好的吸附性能。见污染物的最大吸附量可达２１２ｍｇ／ｇ、２２５ｍｇ／ｇ、２５５ｍｇ／ｇ作为一种高效吸附剂，广泛的应用在污染水体治理等方面。和２７４ｍｇ／ｇ。吸附量随二者接触时间及ＢＴＥＸ初始浓度的增加而增加，但溶液离子强度和ｐＨ对吸附的影响不大。其主要１对有机物吸附研究［７］。１，２－二氯苯在吸附机理是π－π电子作用和静电作用１．１对非极性有机污染物的吸附研究ＣＮＴｓ纯化前后的饱和吸附量分别为：３０．８ｍｇ／

7、ｇ和２８．７ｍｇ／１．１．１酮类、烷烃类及其取代物ｇ，ＣＮＴｓ在较宽的ｐＨ范围（３～１０）内均对其具有良好的吸附不同的物质在ＣＮＴｓ上的吸附类型不同。丙酮分子在［８］。二甲苯的吸附受甲基在苯环上取代位置及ＳＷＮＴｓ效果ＳＷＮＴｓ上的吸附为化学吸附而在石墨上的吸附则是物理吸［９］。表面含氧官能团含量的影响［２］。溶于乙醇中的菲在ＳＷＮＴｓ上的吸附既有物理吸附又附１．１．３含有非极性官能团的多环芳烃类［３］。碳链的长短对烷烃的吸附具有重大的影响。有化学吸附Ｙａｎｇ等研究了萘、菲、芘等ＰＡＨｓ在包括富勒烯、基金项目：国家自然科学基金项目（１０９０５０６１，１１０７５

8、１７１）；国家科技支撑计划（２００７Ｂ