论文总字数：13625字

摘 要

近年来，工业迅速发展，但同时也带来了日益严重的水体污染问题，因此对工业废水的处理变得异常重要。吸附法因能够简单而快速地除去水体中难以分解的污染物而被广泛应用。本文以甲基橙溶液模拟废水，将具有高比表面积的碳纳米管作为吸附剂应用于废水处理。本实验研究了碳纳米管对甲基橙的吸附性能及影响因素。

本论文研究了甲基橙溶液的pH值，反应温度，反应时间对碳纳米管吸附性能的影响。结果表明：碳纳米管对甲基橙的吸附在60min左右达到平衡；在酸性和中性条件下碳纳米管对甲基橙的吸附量大于碱性条件下的吸附量；随着温度的升高，碳纳米管对甲基橙吸附量降低。

关键词：碳纳米管 甲基橙 吸附

The study on the adsorption of methyl orange on the carbon nanotubes

ABSTRACT

In recent years, the rapid development of the industry has brought the increasingly serious water pollution problems. Therefore，the industrial wastewater treatment is extremely important. Adsorption method is widely used because of simple and quick removal of pollutants which is difficult to decompose from water. Based on methyl orange solution as the simulated wastewater, carbon nanotubes with high specific surface area as adsorbent were applied in wastewater treatment. The adsorption performance of carbon nanotubes and influencing factors of adsorption were studied on the methyl orange solution in this thesis.

The effects of pH value, reaction temperature and reaction time were studied on the adsorption performance of carbon nanotubes for the methyl orange solution. The results shows that the adsorption of carbon nanotubes for methyl orange reaches balance at 60 min. The adsorption amount of carbon nanotubes for methyl orange is greater in acidic and neutral solution than that in alkaline solution. With the increase of temperature, The adsorption amount of carbon nanotubes for methyl orange decreased.

Key words: carbon nanotubes methyl-orange adsorption

目 录

摘 要 I

ABSTRACT II

目 录 III

第一章 文献综述 1

1.1 碳纳米管介绍 1

1.1.1碳纳米管的结构和性能 1

1.1.2碳纳米管的制备 3

1.2甲基橙简介 3

1.3吸附 4

1.3.1碳纳米管的吸附及改进 4

1.3.2吸附剂的再生 7

1.4研究目的和内容 8

1.4.1实验研究目的 8

1.4.2实验研究内容 8

第二章 实验部分 9

2.1实验试剂与设备 9

2.1.1实验试剂 9

2.1.2实验设备 9

2.2实验步骤 9

2.2.1实验原理 9

2.2.2标准曲线绘制实验步骤 10

2.2.3反应时间对吸附影响实验步骤 10

2.2.4 温度对吸附影响实验步骤 10

2.3吸附量的计算 11

第三章 结果与讨论 12

3.1标准吸收曲线的绘制 12

3.2反应时间对甲基橙吸附的影响 13

3.3反应温度对吸附量的影响 14

3.4 pH值对甲基橙吸附的影响 15

第四章 结论与展望 16

4.1结论 16

4.2展望 16

参考文献 17

致 谢 19

第一章 文献综述

1.1 碳纳米管介绍

碳是自然界中分布最广泛的元素之一，存在多种的同素异形体，能够形成许多结构和性质完全不相同的物质，如石墨，金刚石，C₆₀等。在1991年，日本的NEC公司基础研究实验室的电镜专家饭岛澄男（S.Iijima）^[1]用电子显微镜新发现了一种多层石墨管—碳纳米管(carbon nanotubes,CNTs），碳纳米管作为新型材料走进人们的视野，同时也开启了纳米技术的新时代。

1.1.1碳纳米管的结构和性能

碳纳米管可以看作是由石墨片绕中心轴按一定的螺旋角度卷绕而成的管径极小的无缝圆筒，长度也很小，为微米级^[2]。根据管壁碳原子层数，碳纳米管可分为单壁碳纳米管(Single-Walled Carbon Nanotubes,SWCNTs)和多壁碳纳米管（Multi-Walled Carbon Nanotubes, MWCNTs）^[3-4]，见图1-1。

图1-1 单壁碳纳米管（左）和多壁碳纳米管（右）的结构示意图

单壁碳纳米管是单层石墨烯(graphene)卷曲形成的圆柱形管状结构，其直径大容易形成单壁碳纳米管塌陷，不易成型因而直径分布范围小。但具有很好的长度优势，甚至可达到几十微米，在导电、导热方面有很大的应用。多壁碳纳米管是由多根单壁碳纳米管共轴，形成的类似于树干的一维管状结构^[5]。多壁碳纳米管在形成时层与层之间易形成多种缺陷中心，具有很大的吸附优势。

碳纳米管的结构参数是由（n，m）指数来确定的，不同的指数值对应不同的卷曲方式、手性角、手性矢量、直径和周长等结构参数。由卷起的方向矢量值的不同，单壁碳纳米管可呈现金属性（metallic，n－m=3k，k为整数，无能隙）和半导体性（semiconducting，n－m≠3k，k为整数，有能隙）。以石墨层片折起的外部形态的不同，单壁碳纳米管可分为扶手椅式、锯齿式和手性式^[6]，如图1-2所示。通常，当m=n时，称为扶手椅型管；当m=0时，称为锯齿型管；其他的则为手性管。

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