納-微米炭材料吸附去除水中重金屬離子的基礎(chǔ)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(duì)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(shí)間、吸附溫度、溶液pH值以及離子濃度等參數(shù)對(duì)吸附的影響，綜合運(yùn)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(shù)手段研究碳納米/微米吸附材料的結(jié)構(gòu)及表面化學(xué)性質(zhì)，將吸附材料的孔隙結(jié)構(gòu)、表面物理化學(xué)性質(zhì)與其吸附性能進(jìn)行了關(guān)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(xué)和動(dòng)力學(xué)特征。 考察

2、了鎘離子在電弧放電及化學(xué)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(duì)化學(xué)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(jìn)行描述。碳納米管的吸附量對(duì)碳表面pH值呈指數(shù)關(guān)系。不同pH下的qm和KF對(duì)在對(duì)應(yīng)pH值下解離的官能團(tuán)數(shù)量呈線性關(guān)系。以單位比表面積為單位進(jìn)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(xué)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(duì)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(duì)Fe(Ⅲ)離子的吸附能力高于Fe(Ⅱ)。動(dòng)力學(xué)研究表明，兩種吸附質(zhì)在碳納米管上的吸附均可用準(zhǔn)二級(jí)吸附動(dòng)力學(xué)模型加以描述。熱力學(xué)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(gè)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(jìng)爭(zhēng)吸附規(guī)律，發(fā)現(xiàn)對(duì)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(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)的離子氧化能力順序一致。對(duì)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(duì)Cu2+離子的吸附行為，而對(duì)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(jìng)爭(zhēng)吸附規(guī)律與離子的氧化還原特性及離子交換密切相關(guān)。 考察了煤基微米碳纖維吸附水溶液中鎘離子的性