水溶液中六价铬在碳纳米管上的吸附

针对用碳纳米管对水溶液中六价铬的吸附净化进行了研究, 考察了溶液浓度、溶液pH值、共存的三价铬离子等因素对吸附行为的影响. 实验结果表明, 碳纳米管在室温下对于六价铬的吸附量随着平衡浓度的增大而升高, 在铬浓度为493.557 mg•L−1时碳纳米管吸附量达到最大值为532.215 mg•g−1; 六价铬的浓度在300~700 mg•L−1的范围内, 碳纳米管对铬的吸附量变化不大；大于700 mg•L−1时, 随着铬的平衡浓度的升高碳纳米管对铬的吸附量降低, 铬浓度为961.074 mg•L−1时, 碳纳米管吸附量降至194.631 mg•g−1. 在pH值为2~7的范围内, 碳纳米管对六价铬的吸附量随着溶液pH值的减小而增大; 而在碱性条件下, pH值对碳纳米管吸附六价铬的影响不大. 溶液中存在三价铬时, 碳纳米管对六价铬的吸附量明显降低, 表明三价铬与六价铬有竞争吸附. 此外, 活性炭的对比吸附实验表明, 在低浓度时, 譬如在六价铬浓度为190 mg•L−1吸附时, 碳纳米管对铬的吸附量约为活性炭的6倍；而在高浓度下, 譬如六价铬浓度为493 mg•L−1时, 碳纳米管对铬的吸附量约为活性炭的2倍.     

氧化锆-活性炭纤维复合材料的制备及其对F-吸附性能

采用水热合成法成功制备了氧化锆-活性炭纤维复合材料,并研究了其对F^-的吸附行为。表征结果表明,复合材料中氧化锆粒子成功负载于活性炭纤维上。吸附实验结果表明,负载了氧化锆的活性炭纤维对F^-有高效的去除效率,其吸附机理包括离子交换和静电作用力,吸附等温线符合Langmuir等温吸附模式,吸附动力学可用拟二级动力学模型拟合。吸附量随着溶液pH的升高而降低,共存离子Cl^-、NO₃^-和SO₄^2-对F^-在氧化锆-活性炭纤维复合材料上的吸附几乎没有影响。     

苯胺在碳纳米管上的吸附特征

苯胺是一种重要的有机化工原料,能通过皮肤和呼吸道进入人体而引起中毒,还会严重污染环境。目前,国内外处理含苯胺废水的方法主要有氧化法、萃取法、生化法、吸附法等。本文使用碳纳米管进行液相吸附除去苯胺。     

氧化锆-活性炭纤维复合材料的制备及其对F-吸附性能

采用水热合成法成功制备了氧化锆-活性炭纤维复合材料,并研究了其对F^-的吸附行为.表征结果表明,复合材料中氧化锆粒子成功负载于活性炭纤维上.吸附实验结果表明,负载了氧化锆的活性炭纤维对F^-有高效的去除效率,其吸附机理包括离子交换和静电作用力,吸附等温线符合Langmuir等温吸附模式,吸附动力学可用拟二级动力学模型拟合.吸附量随着溶液pH的升高而降低,共存离子Cl^-、NO₃^-和SO₄^2-对F^-在氧化锆-活性炭纤维复合材料上的吸附几乎没有影响.     

镍/碳纳米管复合材料的合成及其吸附性能

本文以二氰二胺和硝酸镍为原料通过煅烧法在900℃合成了镍/碳纳米管(Ni-CNT)的复合材料,采用X射线粉末衍射(XRD),扫描电镜(SEM),透射电镜(TEM),傅里叶变换红外光谱(FTIR)等手段对产物进行了表征,并对其磁性进行了测量。探讨了不同条件下(吸附时间、吸附剂量、pH)产物对刚果红溶液吸附性能的影响。结果表明,当吸附时间达到20 min、吸附剂用量达到1.0 g·L~(-1)且pH值在8时产物对刚果红的吸附率最高,达到97.8%。循环实验表明其五次吸附后依然保持良好的吸附率,且在磁场作用下,吸附剂易与溶液分离。     

中分子毒素在碳纳米管上的吸附

研究了两种不同形态的碳纳米管(随机生长多壁碳纳米管(MWCNTs)及定向生长多壁碳纳米管(ACNTs))对典型中分子毒素的吸附性能. 并与两种现有商用血液灌流吸附材料(活性炭(AC)及大孔吸附树脂(MR))进行了对比. 结果显示, 碳纳米管(CNTs)具有优异的中分子吸附能力, 其中MWCNTs对典型中分子毒素的吸附量可达47.18 mg·g-1, 为活性炭的10.8倍, 为大孔吸附树脂的5.5倍. 此外, 碳纳米管的吸附非常迅速, 中分子毒素在MWCNTs及ACNTs达到吸附平衡的时间仅为10 min和15 min, 而活性炭及大孔吸附树脂则分别需要60 min及120 min. 碳纳米管优异的吸附性能得益于其独特的微观结构所形成的发达的中孔. 因此, 碳纳米管可望成为高效的吸附材料, 应用于血液灌流中.     

氢在多壁碳纳米管上吸附行为研究

根据热力学平衡原理推导了通用吸附等温方程.通过比较氢在碳纳米管和炭狭缝孔上的高阶维里吸附系数，分析了77～297 K温度区间，温度、管径(孔宽)对碳纳米管、炭狭缝孔吸附空间储氢容量的影响，并由氢在石墨平面上的最大吸附容量计算了本次试验多壁碳纳米管(MWCNTs)在各平衡温度时的最大氢吸附容量.运用确定参数后的吸附等温方程，线性回归分析了氢在本次试验MWCNTs上的吸附数据.结果表明，在160～180 K温度区间，管内被吸附氢分子之间由于吸附受压产生的排斥能出现极大值；随着温度升高，氢分子之间以吸引力为主，提高氢气压力后才发生明显吸附.     

氢气在碳纳米管基材料上的吸附-脱附特性

利用高压容积法测定多壁碳纳米管(MWCNTs)及钾盐修饰的相应体系(K＋-MWCNTs)的储氢容量,并用程序升温脱附(TPD)方法表征研究氢气在MWCNTs基材料上的吸附-脱附特性.结果表明,在经纯化MWCNTs上,室温、9.0 MPa实验条件下氢的储量可达1.51％（质量分数）;K＋盐对MWCNTs的修饰对增加其储氢容量并无促进效应,但相应化学吸附氢物种的脱附温度有所升高;K＋的修饰也改变了MWCNTs表面原有的疏水性质.在低于723 K的温度下,H2/MWCNTs体系的脱附产物几乎全为氢气;773 K以上高温脱附产物不仅含H2,也含有CH4、C2H4、C2H2等C1/C2烃混合物;H2/K＋-MWCNTs储氢试样的脱附产物除占主体量的H2及少量C1/C2烃混合物外,还含水汽,其量与吸附质H2源水汽含量密切相关.H2在碳纳米管基材料上吸附兼具非解离 (即分子态) 和解离(即原子态)两种形式.     

苯酚及取代酚在碳纳米管上的吸附研究

本文研究了水溶液中碳纳米管(CNTs)吸附苯酚、对甲酚和对甲氧基苯酚的热力学特性,测定了不同温度下的吸附等温线,并探讨了其可能的吸附机理。结果表明:在稀溶液中碳纳米管对三种酚类物质的吸附均符合Freund lich和Langmu ir方程,吸附均为放热、熵增的自发过程,并且都具有物理吸附特征;碳纳米管与三种酚类物质分子之间的л—л共轭作用的强弱决定了碳纳米管对三种酚类物质的吸附能力,顺序依次为:对甲氧基苯酚>对甲酚>苯酚。     

氢气在碳纳米管内吸附的密度泛函理论研究

本文应用密度泛函理论研究纯流体氢气在单壁碳纳米管内吸附过程,采用硬球状态方程改进的基本测量理论表征硬球的斥力作用,离子吸引项的贡献则用微扰理论描述.在温度为300k,氢气本体对比密度范围为0.2～0.7条件下,计算了三种不同尺寸的碳纳米管氢气吸附的密度分布,其密度泛函计算结果与计算机分子模拟数据完全一致.     

多壁碳纳米管/聚丙烯酸/MOF-5的制备及其N2吸附性能

用化学修饰法制备出复合物多壁碳纳米管/聚丙烯酸(MWCNTs/PAA),用溶剂热法合成Zn₄O(1,4-benzenedicarboxylate)₃(MOF-5)和MWCNTs/PAA/MOF-5。通过XRD、FTIR、TG、HRTEM和比表面积和孔隙度分析仪对MWCNTs,MOF-5,MWCNTs/PAA和MWCNTs/PAA/MOF-5的结构和性质进行表征。结果表明:复合材料MWCNTs/PAA中PAA包覆在碳纳米管外壁上,含量为4.3%,在FTIR中有PAA特征官能团的吸收峰;MWCNTs/PAA/MOF-5和MOF-5的形貌一样,MWCNTs/PAA/MOF-5的热分解温度比MOF-5的提高了49℃;MOF-5和MWCNTs/PAA/MOF-5的N₂吸附曲线为Ⅰ型,77K和100kPa条件下,N₂的吸附量达到最大值,分别为265、299.03 cm³·g^-1。     

氧化多壁碳纳米管对Pb~(2+)的吸附性能研究

该文研究了氧化多壁碳纳米管(o-MWNTs)对Pb2+的吸附性能,考察了平衡时间、溶液pH值、溶液体积等因素对吸附行为的影响。在静态吸附条件下:Pb2+能大量并快速地被o-MWNTs吸附,45 min内即可达到吸附平衡,而活性炭(ACs)的吸附平衡时间为90 min。溶液pH值在1.0~7.0范围对吸附量有显著影响,在pH5.0~6.0时o-MWNTs对Pb2+的静态吸附容量为17.43 mg.g-1。o-MWNTs对铅离子的吸附量随着溶液体积的增加而增加,并逐渐趋于稳定,最大吸附量可达25 mg.g-1。在动态吸附实验中,30 mg.L-1的铅离子溶液在SPE小柱的穿透体积为235 mL,溶液体积为400 mL时可完全穿透。动态吸附实验表明,o-MWNTs对铅离子具有较大的吸附容量且萃取回收率高达94%。研究表明,氧化碳纳米管装填的固相萃取小柱可用于中药提取物中Pb2+的残留分析。     

多壁碳纳米管/聚丙烯酸/MOF-5的制备及其N_2吸附性能

用化学修饰法制备出复合物多壁碳纳米管/聚丙烯酸(MWCNTs/PAA),用溶剂热法合成Zn4O(1,4-benzenedicarboxylate)3(MOF-5)和MWCNTs/PAA/MOF-5。通过XRD、FTIR、TG、HRTEM和比表面积和孔隙度分析仪对MWCNTs,MOF-5,MWCNTs/PAA和MWCNTs/PAA/MOF-5的结构和性质进行表征。结果表明:复合材料MWCNTs/PAA中PAA包覆在碳纳米管外壁上,含量为4.3%,在FTIR中有PAA特征官能团的吸收峰;MWCNTs/PAA/MOF-5和MOF-5的形貌一样,MWCNTs/PAA/MOF-5的热分解温度比MOF-5的提高了49℃;MOF-5和MWCNTs/PAA/MOF-5的N2吸附曲线为Ⅰ型,77 K和100 k Pa条件下,N2的吸附量达到最大值,分别为265、299.03 cm3·g-1。     

功能化多壁碳纳米管填充的凝胶电解质在染料敏化太阳能电池的应用

纯聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物(PVDF-HFP)基凝胶电解质常常受制于低离子电导率,阻碍了其在染料敏化太阳电池(dye-sensitized solar cells,DSSCs)中的应用。 而利用纳米填充可提高凝胶电解质离子电导率及凝胶电解质DSSCs的性能。 本文使用功能化的多壁碳纳米管(f-MWCNT)作为PVDF-HFP凝胶电解质的纳米填充物,通过改变f-MWCNT的质量分数来研究其对电解质的离子电导率和离子扩散的影响,进而研究其对DSSCs的转化效率和长期稳定性的增强作用。 研究发现:质量分数0.5%的f-MWCNT明显提高了PVDF-HFP凝胶电解质的离子电导率和离子扩散系数。 并且,该凝胶电解质基DSSCs的光转换效率可达5.28%,相比于未填充的PVDF-HFP凝胶电解质基DSSCs(4.01%),其效率提高了31.7%。 42 d后,该电池依然可以保持最初转化效率的86.5%。 实验结果证实了f-MWCNT在纳米填充方面的巨大潜能,为采用纳米填充物提高凝胶电解质DSSCs的性能提供参考。     

多壁碳纳米管-炭复合泡沫材料的制备和吸附性能

通过在聚氨酯泡沫模板中沉积多壁碳纳米管，用炭的预制体酚醛树酯将碳纳米管粘接固定在一起，经过高温碳化过程制备了碳纳米管-炭复合泡沫材料。红外光谱结果表明利用浓硫酸和浓硝酸的混合溶液处理可以使复合泡沫表面活化形成羧基和羟基，从而使复合泡沫具备较强的分子吸附能力。扫描电镜和氮吸附实验表明这种复合泡沫同时具备大孔和介孔，大孔能够满足流体自由流动的通畅性，介孔可以满足中分子的吸附需要。对标定物维生素B12的吸附实验证明这种复合泡沫对中分子量的生化分子具有有效的吸附能力。这种宏观尺寸的泡沫材料与传统的颗粒状活性炭相比具有简化工艺，提高吸附效率的应用潜力。     

磁性多壁碳纳米管对水中三种硝基咪唑类药物的吸附行为

在制备磁性多壁碳纳米管(MWCNTs)并且对其表征的基础上, 将磁性MWCNTs用于吸附水溶液中的三种硝基咪唑类药物(甲硝唑、奥硝唑、替硝唑). 研究了溶液pH值、吸附剂量、吸附时间和温度对吸附过程的影响. 结果表明, 当磁性MWCNTs投加量为5 g·L^-1, 溶液pH值为7, 吸附时间为300 min时, 甲硝唑、奥硝唑、替硝唑的去除率分别达到92.86%, 94.44%, 94.91%. 吸附动力学分析证实准二级模型准确地反映了吸附过程的动力学, 而Freundlich模型很好地描述了不同温度下的吸附等温线. 吸附过程的总速度受到外部质量传递和粒子内扩散的影响, 但主导因素是粒子内扩散. 吸附机理可能是由MWCNTs和硝基咪唑类化合物之间的静电引力及π-π堆积作用产生的. 对热力学参数(ΔH⁰, ΔS⁰, ΔG⁰)的计算揭示, 在实验的温度范围, 硝基咪唑类药物的吸附是自发、放热的物理过程. 最后考察了吸附材料中Fe的溢出情况, 发现在中性pH下Fe的溢出仅是0.96 mg·L^-1, 表明磁性MWCNTs在中性水体中是相当稳定的.     

多壁碳纳米管对甘草中3种有效成分的选择性吸附

考察了多壁碳纳米管(MWNTs)对3种甘草有效成分异甘草苷、甘草苷和甘草酸的吸附性能。 分别用紫外分光光度法和HPLC法测定了吸附前后溶液中异甘草苷、甘草苷、甘草酸的含量,考察了静态吸附实验时间、料液起始浓度、溶液体积和pH值对各成分吸附的影响。 结果显示,MWNTs对甘草中3种主要有效成分的吸附量明显不同,对异甘草苷的吸附远大于甘草苷和甘草酸,并且不存在竞争吸附,具有明显的选择性吸附特点。     

氨基化多壁碳纳米管的制备与表征

以多壁碳纳米管(MWNTs)为原料,经自由基反应,制备了氰基改性的多壁碳纳米管,然后采用Al-NiCl2.6H2O-THF体系还原氰基得到了氨基化的碳纳米管。通过拉曼光谱仪、热重分析仪、X射线光电子能谱仪和透射电子显微镜对产物的结构与形貌进行了表征。结果表明:氨基通过共价键枝接在MWNTs的表面,氨基化多壁碳纳米管每1000个表面碳原子中有17.1个转化为氨基;该反应条件温和,反应时间短,且不破坏MWNTs的结构。