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摘 要

碳吸附材料由于具有较大的比表面积，稳定的物理、化学性质，具有较强的吸附性能，已经成为最具代表性的一类吸附材料。碳纳米管具有一些独特的性质，如具有较大的比表面积，因此具有良好的吸附能力。

本次研究主要为了测定碳纳米管对亚甲基蓝的吸附能力。分别测定吸附时间、温度、pH值对碳纳米管吸附效果的影响，从而得到碳纳米管吸附性能最优实验条件。

通过测定各影响因素下碳纳米管吸附后亚甲基蓝溶液的吸光度，计算吸附量，处理分析数据，得到实验结果。结果表明：碳纳米管对亚甲基蓝的吸附饱和时间为3h；随着温度升高，碳纳米管吸附量增加；碱性条件有利于吸附的进行。

关键词：碳纳米管 亚甲基蓝 吸附 温度

Adsorption of methylene blue on carbon nanotubes

ABSTRACT

Because of its large specific surface area, stable physical and chemical properties, carbon adsorption material has a strong adsorption performance, and has become the most representative of a class of adsorption materials. Carbon nanotubes have some unique properties, such as large specific surface area, so it has a good adsorption capacity.

The adsorption capacity of carbon nanotubes was determined on methylene blue. The effects of adsorption time, temperature and pH value were studied on the adsorption of carbon nanotubes, and the optimal experimental conditions were obtained for the adsorption of carbon nanotubes.

By measuring the absorption of methylene blue solution after the adsorption of carbon nanotubes under various influencing factors, the adsorption capacity was calculated, and the experimental results were obtained. The results showed that the adsorption saturation time of methylene blue was 3h on carbon nanotubes; with the increase of temperature, the adsorption capacity of carbon nanotubes was increased; the basic conditions were favorable for the adsorption of methylene blue.

Key Words: carbon nanotubes；methylene blue；adsorption；temperature

目 录

摘要 I

ABSTRACT II

第一章 文献综述 1

1.1 碳纳米管简介 1

1.2 碳纳米管的制备 1

1.3 亚甲基蓝简介 1

1.4 碳纳米管对亚甲基蓝的吸附研究 2

1.4.1 研究背景 2

1.4.2 吸附机理 3

1.4.3 亚甲基蓝在碳纳米管上的吸附 4

1.5 本文的研究目的和内容 5

1.5.1 研究目的 5

1.5.2 研究内容 6

第二章 实验部分 7

2.1 前言 7

2.2 实验部分 7

2.2.1 试剂与仪器 7

2.2.2 亚甲基蓝标准曲线的绘制 8

2.2.3 吸附时间对碳纳米管吸附亚甲基蓝的影响 8

2.2.4 温度对碳纳米管吸附亚甲基蓝的影响 9

2.2.5 pH值对碳纳米管吸附亚甲基蓝的影响 9

第三章 实验结果与分析 11

3.1 前言 11

3.2数据处理基础 11

3.3吸附时间对碳纳米管吸附亚甲基蓝的影响 12

3.4温度对碳纳米管吸附亚甲基蓝的影响 14

3.5 pH值对碳纳米管吸附亚甲基蓝的影响 15

3.6吸附动力学研究 16

第四章 结论与展望 18

4.1 结论 18

4.2 展望 18

参考文献 19

致谢 22

第一章 文献综述

1.1碳纳米管简介

碳纳米管（CNTs）是一种管状石墨晶体。它是单层或者多层的石墨片绕着中心轴并且按一定螺旋角卷成的无缝纳米级管。碳纳米管分为多壁碳纳米管（MWNTs）和单壁碳纳米管（SWCNTs），其存在形式主要决定于不同的制备条件和方法。单壁碳纳米管相对于多壁碳纳米管而言，由于其独特的物理化学结构，相对来说均匀一致性更高。但两者都具有较大的比表面积，是一种新型的高吸附能力材料。

碳纳米管的内孔与外壁都具有很强的吸附能力，主要取决于它的高比表面积和复杂的孔径结构。与此同时，科研人员猜想碳纳米管中的一维中空管像一根纳米级的超级吸管，液体发生毛细作用时必须先进入碳纳米管并且浸润管壁。部分科研工作者用碳纳米管吸附邻二氯苯^[1]，苯胺^[2]，镍离子^[3]，铅离子^[4]等有机物或金属离子，均取得较好的效果，说明碳纳米管对水中有机污染物有很强的吸附作用，因此碳纳米管在污水处理领域有着较好的应用前景与价值。

1.2碳纳米管的制备

1991年，日本组织NEC中的Iijima^[5]在实验中利用真空电弧击打石墨电极，直至电极蒸发，然后用高倍率透射电镜分析实验产物，发现产物中含有纳米级的碳的多层管状物，即碳纳米管。1993年，NEC和IBM两个研究小组同时采用电弧蒸发电极，并在电弧放电过程中加入过渡金属催化剂，最后成功合成出了单壁碳纳米管^[6-7]。与此同时，Yacaman 等人^[8]采用化学气相沉积法合成出了多壁碳纳米管，实验使用了乙炔作为碳源，并添加铁作为催化剂。1996年，我国科学家通过不断地实验摸索，成功地实现了碳纳米管的大面积定向生长^[9]。1998年，科研人员首次尝试使用新型材料碳纳米管，将其作为电子管阴极^[10]投入使用；同年，科学家们使用碳纳米管，在室温条件下成功制作出了工作场效应晶体管^[11]；中国科学院成会明研究小组利用碳氢化合物的催化热解，成功合成出了高产率的单壁碳纳米管，随之得到了由多根单壁碳纳米管形成的大规模阵列以及由该阵列衍生出的数厘米长的条带^[12]。1999年，韩国一个研究小组用碳纳米管成功制作出了阴极彩色显示器样管。2000年，日本科研人员利用高亮度碳纳米管场，成功制作出了发射显示器样管。2001年，Schlitter等人^[13]通过具有纳米图形的前驱体的催化热解，自动组装并且合成出了单壁碳纳米管，这一成果表明了已经能够在微米级程度上制得单壁碳纳米管，为以后碳纳米管大规模的制备奠定了基础。

1.3 亚甲基蓝简介

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