多壁碳纳米管的改性及其吸附性能研究

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1、中图分类号Q纽fUDC芏业硕士学位论文学校代码!Q§三三密级公开多壁碳纳米管的改性及其吸附性能研究StudyontheAdsorptionBehaviorofModifiedMuti．WalledCarbonNanotubes作者姓名：学科专业：研究方向：学院(系、所)：指导教师：昌IJ指导教师：周蕾分析化学无机材料分析化学化工学院焦飞鹏副教授于金刚副教授论文答辩日期生竺：至：竖答辩委员会主中南大学2013年5月原创性声明本人声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知

2、，除了论文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中南大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我共同工作的同志对本研究所作的贡献均已在论文中作了明确的说明。作者签名：图盏日期：二业年—￡月三L日学位论文版权使用授权书本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留学位论文并根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以采用复印、缩印或其它手段保存学位论文。同时授权中国科学技术

3、信息研究所将本学位论文收录到《中国学位论文全文数据库》，并通过网络向社会公众提供信息服务。作者签名：．团蚕导师签名坳日期：避年』月4日中南大学硕士论文摘要多壁碳纳米管的改性及其吸附性能研究摘要：碳纳米管具有独特的结构和表面性质，如机械强度高、比表面积大、中空层状结构、优越的化学和热学稳定性等。碳纳米管不仅在微电子元器件、场发射材料、催化等领域应用潜能广阔，而且在纳米科学与技术领域也是很有前途的吸附材料。但由于碳纳米管在溶液中易团聚，很难均匀分散在不同的溶剂中，从而限制了其在很多领域的应用。因此，改性碳纳米

4、管以提高其分散和吸附性能得到了广泛的研究。本文主要研究合成分散性能好的不同改性碳纳米管将其用于有机苏丹红染料与无机重金属离子的吸附和去除。(1)多壁碳纳米管的改性和表征用浓硝酸氧化多壁碳纳米管(MWCNTs)，在其表面引入羧基、羟基、羰基等活性基团；其次，在阳离子表面活性剂十六烷三甲基溴化铵(CTAB)的作用下，将二氧化硅包覆到氧化多壁碳纳米管(Ox．MWCNTs)表面，再通过离子交换法脱除CTAB后得到介孔二氧化硅包覆的多壁碳纳米管(mSi02@MWCNTs)，最后在甲苯中回流反应中，将3．(2．氨基乙

5、基氨基)丙基三甲基硅烷(ATPES)修饰到mSi02@MWCNTs上，所得产物记为NN．mSi02@MWCNTs。采用透射电镜(TEM)、红外光谱(FT-IR)、X射线衍射(XRD)、低温氮吸附一解吸(N2adsorption．desorption)等技术手段研究改性多壁碳纳米管的结构和表面性质。分析结果表明：改性MWCNTs的分散性能得到了较大程度地提高；介TL：氧化硅层均匀地覆盖在多壁碳纳米管表面，ATPES成功接枝在mSi02@MWCNTs上。(2)氧化碳纳米管吸附和去除苏丹红I和II研究氧化碳纳米

6、管对苏丹红I和II正己烷溶液的吸附行为，主要考察了吸附时间、吸附剂用量、苏丹红I和II正己烷溶液初始浓度对吸附性能的影响。应用两种热力学等温线来描述吸附平衡，同时用三种动力学模型来评价吸附过程。结果表明，氧化碳纳米管对苏丹红I和II溶液的吸附过程符合Langmuir和准二级动力学模型。氧化碳纳米管能快速吸附苏丹红I和II正己烷溶液，不到30min就能达到吸附饱和，对苏丹红I和II的最大吸附量分别为41．408mg／g和47．037mg／g。(3)NN．mSi02@MWCNTs吸附水溶液中重金属离子对比考察

7、了不同改性多壁碳纳米管对水溶液中重金属铅离子、镍中南大学硕士论文摘要离子、铜离子和锌离子的吸附特性，结果表明NN．mSi02@MWCNTs对重金属离子具有显著的吸附效能。然后，以铜离子作为代表研究了NN．mSi02@MWCNTs作为一种新的吸附剂对金属离子吸附的动力学和热力学。结果表明，吸附动力学可以很好地被准二阶动力学方程描述，并表现出三级粒内扩散阶段，吸附等温线符合Langmuir模型，热动力学分析表明，NN．mSi02@MWCNTs对Cu(II)的吸附是吸热和自发的。这种新型吸附剂在低浓度时也能表现

8、出高的吸附容量，在重金属离子污染的废水处理中具有一定的应用潜力。本论文图22幅，表12个，参考文献103篇关键词：多壁碳纳米管；苏丹红染料；重金属离子；吸附；介孔硅；氨基修饰；动力学；热力学分类号：540StudyontheAdsorptionBehaviorofModifiedMuti．WalledCarbonNanotubesABSTRACT：Carbonnanotubes(CNTs)haveuniquemorpholog