碳纳米管吸附水溶液中双酚A的热力学

双酚A;固相吸附;HPLC;碳纳米管;热力学     

碳纳米管吸附水溶液中双酚A的热力学

以甲醇和去离子水组成的体系（体积比90∶10）为流动相,建立了以香烟过滤嘴作吸附剂,固相萃取（SPE）与高效液相色谱（HPLC）联用测定水中双酚A(Bisphenol A,BPA)的新方法。研究了水溶液中碳纳米管(CNTs)吸附双酚A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,CNTs对BPA 的吸附主要以快速吸附为主,常温下,碳纳米管对于70 mg·L-1的双酚A水溶液的吸附量可达到 24.65 mg g-1,吸附量随初始浓度的增加而增加,随温度的降低而增大,采用Freundlich和Langmuir方程拟合,相关系数均大于0.99,热力学函数ΔG、ΔH及ΔS分别为-39.48 ~ -43.51 KJ·mol-1、-18.06 KJ·mol-1、71.73 J·mol-1·K-1,吸附为放热、熵增的自发过程,降低温度有利于吸附,并且具有物理吸附特征。     

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.     

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。     

磷在氧化锆-碳纳米管复合材料上的吸附研究

采用水热合成法成功制备了氧化锆-碳纳米管复合材料,并研究了对磷的吸附行为。表征结果表明,碳纳米管经氧化锆修饰后仍具备介孔结构;氧化锆粒子可均匀分散在碳纳米管表面。吸附实验结果表明,氧化锆粒子的粒径越小,氧化锆对磷的标化平衡吸附量越高,吸附速率越快。磷在氧化锆-碳纳米管复合材料上的吸附等温线符合Freundlich等温吸附模式,属于优先吸附,吸附动力学可用拟二级动力学模型描述。降低离子强度和溶液pH可促进磷的吸附,共存离子对磷吸附具有抑制作用,影响顺序依次为F->NO3-≈SO42-,其中F-影响最大,NO3-和SO42-次之。     

电化学间接测量法研究谷胱甘肽在多壁碳纳米管和活性炭上的吸附

选取谷胱甘肽(GSH)作为小分子代表物,利用Cr(VI)与GSH的相互作用,即K2Cr2O7/H2SO4溶液加入GSH前后Cr(VI)还原峰电流值的差异,通过差分脉冲伏安法(DPV)的测定,可以间接测出GSH的含量.尝试将这种电化学间接测量法应用于研究多壁碳纳米管(MWCNTs)与商业活性炭(AC)对GSH的吸附行为.利用该方法可以确立GSH在二者的吸附量(Q)与吸附平衡浓度(Ce)的关系,绘制吸附等温曲线.根据Langmuir方程和Freundlich方程的拟合分析,证明了与商业活性炭相比,GSH在MWCNTs上的吸附更倾向Freundlich模型,即多分子层吸附.利用扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)进行形貌表征,发现MWCNTs具有发达的堆积孔结构,有利于GSH小分子内扩散和吸附,与实验结果一致.     

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.     

H2分子在碱金属掺杂碳纳米管上的吸附特性

采用密度泛函理论研究了H₂在碱金属(M=Li, K)掺杂的扶手椅型单壁碳纳米管上的吸附. 对于碱金属管内掺杂, 模拟了4种氢吸附构型; 对于管外掺杂, 考虑了两种吸附结构, 同时还考虑了两种不同的掺杂浓度. 所有吸附模型都进行了全优化. 计算结果表明, 碱金属掺杂后, 碱金属与碳纳米管之间发生电子授受作用使得碱金属带正电荷, 对于金属Li, 管内掺杂更有利于电子向碳纳米管转移; 与管内掺杂相比, Li原子的管外掺杂更有利于H2分子吸附. 碱金属管外掺杂的碳纳米管吸附H₂的最稳定结构, 存在碱金属原子与H₂分子的配位作用.     

猪骨基多孔炭对六价铬吸附性能的分析

以废弃的猪骨为原料制备的多孔炭作为吸附剂,分析了其对含Cr工业废水的净化作用,并对其吸附机理进行探讨。结果表明,吸附体系的pH、吸附时间、Cr(Ⅵ)初始浓度对多孔炭吸附Cr(Ⅵ)的能力影响较大,多孔炭材料的比表面积对其吸附水溶液中的Cr(Ⅵ)起决定性作用。该吸附过程符合二级动力学吸附模型,并且可用Langmuir吸附等温线来描述。所以猪骨基多孔炭有望成为含Cr(Ⅵ)废水的良好净化剂。     

水溶液中Cr^3＋在胆固醇上的吸附

水溶液中Ｃｒ３＋在胆固醇上的吸附曹槐宋仲容ａ沈智王光灿朱光辉（云南大学化学系现代生物中心实验中心昆明６５００９１）（ａ重庆师范专科学校）医学实验报道［１，２］，铬元素能抑制体内胆固醇和脂肪酸的合成。人体缺乏铬时，葡萄糖耐量受损，血内脂肪及类脂（特别是...     

Adsorption Characteristics of Chromium(VI) on Granular Activated Carbon

The adsorption of Chromium(VI) from aqueous solutions was studied on different commercial grades of granular activated carbon namely Filtrasorb F‐400, F‐300, F‐200 and F‐100. The adsorption of Chromium (VI) on F‐400 carbon was found to be maximum in comparison to the other grades of carbon. The Chromium (VI) adsorption process in dilute aqueous solutions agreed with the Langmuir and Freundlich models and also obeyed first order kinetics. Metal sorption characteristics of as received activated carbons were measured in batch experiments. The maximum removal (60–65%) for different grades of raw carbon was observed at 25 °C with an initial concentration of 15.16 mg dm^?3. It is evident from the study that granular activated carbon holds a particular promise in the removal of metal ions from aqueous solutions.     

Selective Adsorption and Determination of Hexavalent Chromium in Water Samples by Chemically Modified Activated Carbon with Tris(hydroxymethyl)aminomethane

This study introduces a sensitive and simple method for selective adsorption of hexavalent chromium, Cr(VI), from water samples prior to its determination by inductively coupled plasma optical emission spectrometry (ICP-OES). The method utilized activated carbon modified with tris(hydroxymethyl)aminomethane (AC-TRIS) as an adsorbent. Surface properties of the new chemically modified AC-TRIS phase were confirmed by Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy. Seven metal ions, including Co(II), Cu(II), Ni(II), Pb(II), Cr(III), Cr(VI), and Fe(III) were evaluated and determined at different pH values (1.0–8.0), except for Fe(III) at pH values (1.0–4.0). Based on the results of the effect of pH on adsorption of these metal ions on AC-TRIS, Cr(VI) was selected for the study of other parameters controlling its maximum uptake on AC-TRIS under batch conditions and at the optimum pH value 1.0. The maximum static adsorption capacity of Cr(VI) onto the AC-TRIS was found to be 43.30 mg g^?1 at this pH and after 1 hour contact time. The adsorption data of Cr(VI) were modeled using both Langmuir and Freundlich classical adsorption isotherms. Results demonstrated that the adsorption of Cr(VI) onto AC-TRIS followed a pseudo second-order kinetic model. In addition, the efficiency of this methodology was confirmed by applying it to real environmental water samples.     

磁性多壁碳纳米管吸附水中双氯芬酸的热力学与动力学

研究了磁化多壁碳纳米管(MWCNTs)对于水中非甾体抗炎药双氯芬酸的吸附过程.结果表明,双氯芬酸的吸附量随磁性MWCNTs投加量的增加而增大,而且吸附剂量增加到一定阶段后,双氯芬酸的吸附量达到平衡.在磁性MWCNTs的量为0.7g·L-1时,水溶液中双氯芬酸被磁性MWCNTs吸附的量达到最大,为33.37mg·g-1,对应的双氯芬酸去除率为98.1%.双氯芬酸的去除率随溶液pH的增加先增大后下降,随温度的升高而下降.用准一级、准二级模型进行了动力学分析.回归结果表明,准二级模型更准确地反映了吸附动力学.通过实验确定了Langmuir和Freundlich等温线的线性相关系数与标准偏差,结果揭示出Langmuir等温线与实验数据有很好的拟合度.对热力学参数的计算表明,ΔG00,意味着磁性MWCNTs对双氯芬酸的吸附是自发的;ΔH00,指明吸附是一个放热的物理吸附过程,温度低对吸附有利;ΔS00,代表该吸附是熵增过程.     

Effect of pH and Temperature on Adsorption of Dimethyl Phthalate on Carbon Nanotubes in Aqueous Phase

Adsorptions of dimethyl phthalate (DMP) on carbon nanotubes (CNTs) in aqueous phase at various pH and temperatures were studied. The increase in pH results in the increase in adsorption coefficient. The adsorption is governed by the π-π electron interaction which is affected by the changes in pH of the medium. The outer diameter of the CNTs greatly influences the adsorption behavior of CNT for DMP. Under the same working temperature, the adsorption capacity of CNTs for DMP is inversely related to the average outer diameter of the CNT: single-walled SWCNT (1.4 nm)>multi-walled MWCNT10 (9.4 nm)>MWCNT30 (27.8 nm)>MWCNT40 (42.7 nm). The larger surface area of CNTs provides many active sites for adsorption of DMP molecules. The Freundlich model can describe well the adsorption isotherms of DMP on CNTs. The thermodynamic parameters of standard free energy, standard enthalpy (ΔH), and standard entropy changes are determined, showing that the adsorption of DMP on CNTs is an endothermic and spontaneous reaction. The ΔH value of 27.8 nm-sized MWCNT (22.69 kJ/mol) is higher than 1.4 nm-sized SWCNT (6.05 kJ/mol), inferring that the adsorption process becomes more endothermic with the increase in the outer diameter of CNTs.     

活性炭的Zeta电位对其吸附达旦黄规律的影响

The effect of pH on the adsorption of anionic dye Titan yellow on the activated carbon from aqueous solution has been studied. It has been found that the Zeta potential of the activated carbon has a great effect on adsorption capacity of Titan yellow. The kinetic and the thermodynamic parameters of adsorption as a function of pH has been evaluated. The mechanism for adsorption of anionic dye Titan yellow on the activated carbon has also been discussed.     

氧化多壁碳纳米管对Pb2+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。     

孔结构对活性炭吸附水溶液中铅离子的影响

选取三种表面化学性质相近的活性炭(AC),通过等温吸附实验考察活性炭对水溶液中铅离子的吸附性能,利用扫描电子显微镜(SEM)观察活性炭的表面微观形貌,通过低温(77 K)液氮吸附测定活性炭的比表面积和孔容,并分别以密度泛函理论(DFT)和Barrett-Joyner-Halenda (BJH)法计算微孔和中孔的孔径分布.结果表明:选用的三种活性炭AC1、AC2、AC3在比表面积和总孔容上呈依次下降的趋势,但表面开放孔均匀分布的AC2,具有最高的饱和吸附量,孔结构类似颗粒堆积孔的AC3,具有与表面开放孔分布集中的AC1相近的饱和吸附量;通过对孔结构与吸附量的关联分析可知,在活性炭吸附铅离子的过程中, 0.4-0.6 nm的孔是有效吸附孔, 10.5-20.6 nm、20.6-55.6 nm、5.2-10.5 nm三个区间的孔则会对吸附产生阻碍作用.     

多壁碳纳米管表面大黄素印迹材料制备及吸附性能研究

以表面硅烷修饰的碳纳米管为基材,甲基丙烯酸为功能单体,二甲基丙烯酸乙二醇酯为交联剂,采用表面印迹技术成功制备了大黄素印迹复合材料。采用扫描电镜和透射电镜研究该印迹复合材料的形貌,结果表明,在碳纳米管表面接枝了1层稳定的约40nm厚的印迹层。在pH=8.5时,该印迹材料对大黄素具有较大吸附容量和良好选择吸附性能,最大理论吸附量(Qmax)为20.8mg/g。以该印迹材料作为固相萃取吸附剂,在85%乙醇水溶液淋洗和10%乙酸的乙醇溶液洗脱下,可实现对猕猴桃根样品粗提取液中大黄素固相萃取分离富集,回收率达到85%以上。     

聚羟基丁酸酯/碳纳米管复合纳米纤维膜的制备及其对重金属离子吸附分离性能的研究

以聚羟基丁酸酯和碳纳米管为原料,采用三氯甲烷/二甲基甲酰胺混合溶液为溶剂,利用静电纺丝技术制备了聚羟基丁酸酯/碳纳米管复合纳米纤维膜.研究了碳纳米管的含量对纳米纤维膜形貌和力学性能的影响,探讨了复合纳米纤维膜对重金属Cu(II)、Cd(II)和Pb(II)的吸附特性.实验结果表明:加入1 wt%碳纳米管能够将纳米纤维的平均直径从(728±146)nm降低至(468±89)nm,纳米纤维膜的比表面积从27.24 m~2/g提高至43.45 m~2/g;碳纳米管的复合能够有效增强聚羟基丁酸酯纳米纤维,当碳纳米管含量1 wt%为最佳,拉伸强度可达5.85 MPa,较纯聚羟基丁酸酯纳米纤维提升了115%.复合纳米纤维膜对重金属离子具有良好的吸附特性,其对Cu(II)、Cd(II)和Pb(II)的最佳吸附pH值为5,此时最大吸附容量分别为91.04、171.05和197.03mg/g,平衡吸附时间分别约为50、60和60 min,吸附率分别为1.79、2.83和3.28 mg/g/min;热力学和动力学分析表明,复合纳米纤维膜对重金属Cu(II)、Cd(II)和Pb(II)的吸附行为更符合Freundlich模型,吸附过程更符合Pseudo-second order模型;循环使用实验表明,重复使用5次后,其吸附容量可保持在初始值的87%以上,具有较好的使用寿命.     

水溶液中碳纳米管的表面增强拉曼光谱研究

合成了碳纳米管和金纳米颗粒的复合物, 测量了水溶液相中复合物的表面增强拉曼光谱, 结果表明, 碳纳米管的巯基化修饰可以提高碳纳米管与金纳米颗粒复合的效率, 随着金纳米颗粒负载量的增加, 碳纳米管的拉曼信号逐渐增强. 加入己二胺分子可以减小金纳米颗粒之间的距离使表面增强效应更显著, 碳纳米管的拉曼光谱得到进一步的增强. 还可进一步在复合体系中加入对巯基苯胺和罗丹明B等小分子拉曼探针, 利用金纳米颗粒的表面增强效应, 这种多元复合体系有望作为多通道拉曼成像探针材料.