納-微米炭材料吸附去除水中重金屬離子的基礎研究.pdf

1、本文系統(tǒng)研究了碳納米管及煤基微米碳纖維對水溶液中低濃度金屬離子鎘、鐵、鎳、銅、鋅的吸附性能，考察了吸附時間、吸附溫度、溶液pH值以及離子濃度等參數(shù)對吸附的影響，綜合運用掃描電鏡、透射電鏡、液氮物理吸附、傅立葉變換紅外光譜、X射線光電子能譜、電位滴定等技術手段研究碳納米/微米吸附材料的結構及表面化學性質，將吸附材料的孔隙結構、表面物理化學性質與其吸附性能進行了關聯(lián)，探討了一維納米材料碳納米管吸附金屬離子的熱力學和動力學特征。 考察

2、了鎘離子在電弧放電及化學氣相沉積兩種碳納米管上的吸附特征。發(fā)現(xiàn)氧化處理對化學氣相沉積制備的碳納米管吸附能力有顯著影響。鎘離子在兩種碳管上的吸附行為可用Langmuir和Freundlich模型進行描述。碳納米管的吸附量對碳表面pH值呈指數(shù)關系。不同pH下的qm和KF對在對應pH值下解離的官能團數(shù)量呈線性關系。以單位比表面積為單位進行比較，氧化后兩種碳納米管的吸附能力高于活性炭。 研究了化學氣相沉積法制備的碳納米管吸附Fe(Ⅱ)和

3、Fe(Ⅲ)離子的行為發(fā)現(xiàn)pH值對Fe(Ⅲ)離子在碳納米管上的吸附影響比Fe(Ⅱ)大。相同的平衡濃度下，碳管對Fe(Ⅲ)離子的吸附能力高于Fe(Ⅱ)。動力學研究表明，兩種吸附質在碳納米管上的吸附均可用準二級吸附動力學模型加以描述。熱力學研究表明，F(xiàn)e(Ⅱ)和Fe(Ⅲ)離子在氧化碳納米管上吸附是一個自發(fā)的、吸熱、熵增過程。 研究了多組分體系中鎳、銅、鋅及鎘離子在碳納米管表面競爭吸附規(guī)律，發(fā)現(xiàn)對于單組分和雙組分體系，吸附量遵從如下順序

4、：Cu2+＞Ni2+＞Cd2+＞Zn2+；這和基于標準電極電勢的離子氧化能力順序一致。對于雙組分、三組分和四組分體系，Langmuir模型可以較好地描述吸附劑對Cu2+離子的吸附行為，而對于其他三種離子，吸附量出現(xiàn)了極大值。在三組分和四組分體中，除了Cu2+離子外，其他三種離子的吸附量順序如下：Cd2+＞Zn2+＞Ni2+。多組分體系競爭吸附規(guī)律與離子的氧化還原特性及離子交換密切相關。 考察了煤基微米碳纖維吸附水溶液中鎘離子的性