摘 要

碳纳米管具有高比表面积、高比表面能、高反应活性等特点，很适合作为一种新型纳米吸附材料，在处理苯胺类化合物上有着广阔的开发前景。

本文利用碳纳米管对4-硝基苯胺进行吸附研究，探究了温度、浓度、pH、时间等因素的影响。实验结果表明：在t=90min，pH=7，T=288K时，去除率可达80%以上，低浓度时，去除率90%以上。经实验分析，碳纳米管对4-硝基苯胺的吸附过程符合Freundlich公式，而吸附速率可以用伪二级动力学方程很好地表示。

关键词：碳纳米管，4-硝基苯胺，吸附，动力学方程

Adsorption of 4- nitroaniline on Carbon nanotubes

Abstract

Carbon nanotubes have the characteristics of high specific surface area, high specific surface energy and high reactivity. It is very suitable as a new type of nano adsorbent, which has a broad development prospect in the treatment of aniline compounds.

In this paper, the effect of the temperature, concentration, pH, time and other factors were studied for the adsorption of 4-nitroaniline on carbon nanotubes. The results showed that the removal rate was above 80% using the adsorption temperature of 288K at pH 7 for 90min. Through experimental analysis, the adsorption process of carbon nanotubes to 4-nitroaniline was in accordance with the Freundlich formula, and the adsorption rate can be well represented by the pseudo-second-order kinetics equation.

Key Words:Carbon nanotubes，4-nitroaniline， Adsorption，Kinetics equation

目录

摘要 I

Abstract Ⅱ

第一章 文献综述 1

1.1 课题研究背景 1

1.2吸附剂---碳纳米管（CNTs） 2

1.2.1 碳纳米管简介 3

1.2.2碳纳米管的性质及应用 3

1.2.3碳纳米管的吸附性能 3

1.2.4碳纳米管的制备现状 4

1.2.5碳纳米管的优化 5

1.3吸附质---4-硝基苯胺（P-nitroaniline） 5

1.3.14-硝基苯胺的介绍 5

1.3.24-硝基苯胺的吸附处理 5

1.4 课题的研究意义和研究内容 6

1.4.1碳纳米管吸附4-硝基苯胺的研究进展 6

1.4.2 课题的研究意义 6

1.4.3 课题的研究内容 6

第二章实验 7

2.1 实验仪器、原料及表征值 7

2.2 最大吸收波长、标准曲线 8

第三章结果与讨论 10

3.1浓度、温度，时间对吸附的影响 10

3.1.1 实验方案 10

3.1.2 数据分析 10

3.2 pH对吸附的影响 12

3.2.1 实验方案 12

3.2.2 数据分析 12

3.3 4-硝基苯胺去除率分析 13

3.4吸附等温线 14

3.4.1 实验结果及数据分析 14

3.4.2 Freundlich吸附等温公式 14

3.5吸附动力学 15

3.5.1 决定因素 15

3.1.2 两种动力学模型 15

第四章结论与展望 17

4.1结论 17

4.2 展望 17

参考文献 19

致谢 22

第一章 文献综述

1.1课题研究背景

苯胺类化合物是国家严格控制的污染物，是染料工业的重要原料，毒性强。而4-硝基苯胺（p-Nitroaniline）的毒性比苯胺大，该毒物可经皮肤吸收，吸收后可出现贫血或肝脏损害等危害^[1]，对人体健康十分有害。国家严格控制苯胺类污染物的排放标准，但随着经济的发展，工业生产的高浓度的废水对环境的压力越来越大。

随着新的《环境保护法》的颁布，国家对于苯胺类化合物的排放标准作出了新的规定。当前对苯胺类废水的主流处理方法主要有物理法、化学法、生物法。主要采用的是化学催化氧化法，其设备简易，操作简单，但是去除效果达不到理想效果。物理法主要分为萃取和吸附。其中，吸附法的优点在于二次污染少，吸附材料回收重复利用，但是缺点在于吸附材料价格昂贵，制造技术不成熟。生物法是指用特定的微生物菌落群绿色环保分解残留的污染物，目前，并未发现十分有效的微生物群，无法工业化使用。目前传统处理技术已经不能满足当下的需求，必须寻求新的突破 ^[1]。

吸附法不造成二次污染，能耗低，能从废水中分离有机物，资源和废物达到统一利用。基于以上显著优点，科学家一直在寻找合适的吸附材料将其应用到工业化生产中。

自1991年，碳纳米管发现以来，其高比表面积、高比表面能，高反应活性^[1]的特点，让人们意识到其可以作为一种很有潜力的新型吸附材料。Chen^[2]等采用氮气吸附研究法开启了气体吸附的先河，研究证明了CNTs对于气体有良好的吸附能力；随之Long^[3]等将之应用在液体二噁英上，也取得了不错的效果。经过众多科学家的不懈探索，至今已知，碳纳米管广泛的对金属离子：Pb² 、Cd² 等，酚类、胺类、芳香烃等有机物都有不错的吸附效果^[1]。因此，碳纳米管在苯胺类化合物的处理上，是很有潜力的吸附材料。

碳纳米管制造技术也在不断突破，使得原本1美元1克的普通CNTs成本降低，产业链的逐渐成熟，生产规模扩大，CNTs有望像太阳能等走进千家万户^[4]。比起超高联树脂等新型吸附剂，CNTs有一套更完整的产业链，生产技术、更有利于推广。成本的降低必然推动碳纳米管在各领域的研究。在吸附研究领域，CNTs在气体环境监测、去除、环境污染废水的处理上有了不断的发展和完善^[5]。

作为新型吸附剂的开发，特别是在环境处理方面，碳纳米管还处于初级阶段。碳纳米管优异的性能，结合成本的下降带来的工业化生产，在苯胺类化合的处理上，CNTs有着广阔的开发前景。