摘 要摘 要碳纳米管作为一类新型碳素纳米材料，具有独特的结构和物化性质，较之一些常规载体材料更具特点。自从碳纳米管被发现以后，它便以其优异的物理及化学方面的特性引起人们的关注，应用也更加广泛，如在水处理方面。本论文通过在多壁碳纳米管（MWCNTs）经硝酸和硫酸羧酸化处理后，用化学共沉淀方法制备了磁性碳纳米管。通过SEM及XPS 分析，说明黑色磁性四氧化三铁纳米颗粒已附着在碳纳米管表面，且分布均匀。本论文通过在表面改性的多壁碳纳米管上负载磁性四氧化三铁（Fe3O4）纳米晶体，使其具有易分离回收，损失量少，可重复使用，吸附性能稳定的特点；以亚甲基蓝染料废水作为处理目标，研究了磁性碳纳米管对亚甲基蓝染料的吸附性能。本论文通过控制温度、pH、投加量、初始浓度、时间等几个因素对亚甲基蓝吸附性能进行研究，找出最佳的条件。根据实验得出了最佳投加量为20mg,最佳pH为7.8，最佳温度为25℃，最佳初始浓度为8mg/L。磁性碳纳米管对亚甲基蓝染料的吸附可用Freundlich模型进行拟合，吸附动力学可用Langmuir模型进行拟合。关键词:亚甲基蓝、负载、吸附、Fe304/MWCNTs、多壁碳纳米管目 录
第一章 绪论 1
1.1 碳纳米管结构及应用 1
1.1.1 碳纳米管的结构 1
1.1.2 碳纳米管的性质 1
1.1.3 碳纳米管研究展望 2
1.2 碳纳米管的纯化、负载及其吸附作用 3
1.2.1 碳纳米管的纯化 3
1.2.2 碳纳米管负载四氧化三铁 3
1.2.3 改性后的碳纳米管吸附处理有机废水 5
1.3 亚甲基蓝染料废水概述 5
1.3.1 亚甲基蓝染料废水的结构及性质 5
1.3.2 亚甲基蓝染料废水的现状和特性 6
1.3.3 亚甲基蓝染料废水的处理方法 6
1.4本课题的研究目的、内容及意义 7
1.4.1 研究目的 7
1.4.2 研究内容 7
1.4.3 研究意义 7
第二章 实验部分 9
2.1 实验试剂与仪器 9
2.1.1 实验试剂 9
2
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基蓝染料废水的现状和特性 6
1.3.3 亚甲基蓝染料废水的处理方法 6
1.4本课题的研究目的、内容及意义 7
1.4.1 研究目的 7
1.4.2 研究内容 7
1.4.3 研究意义 7
第二章 实验部分 9
2.1 实验试剂与仪器 9
2.1.1 实验试剂 9
2.1.2 实验仪器 9
2.2 实验方法 10
2.2.1碳纳米管负载四氧化三铁 10
2.2.2碳纳米管负载四氧化三铁材料的表征 11
2.2.3最佳波长的确定及标准曲线的绘制 12
2.2.4碳纳米管对亚甲基蓝染料废水的吸附处理 12
第三章 实验结果与讨论 15
3.1 碳纳米管负载四氧化三铁材料的表征 15
3.1.1 MWCNTs/ Fe3O4的SEM分析 15
3.1.2 MWCNTs/ Fe3O4的XPS分析 16
3.2改性碳纳米管吸附亚甲基蓝染料废水最适条件的确定 17
3.2.1改性碳纳米管投加量对亚甲基蓝染料废水去除率的影响 17
3.2.2废水pH值对亚甲基蓝染料废水去除率的影响 18
3.2.3反应温度对亚甲基蓝染料废水去除率的影响 19
3.2.4亚甲基蓝染料废水初始浓度对去除率的影响 20
3.3吸附热力学 21
3.3.1吸附等温线的测定 21
3.3.2等温线吸附规律的数学拟合 22
3.4吸附动力学 24
结 论 26
致 谢 27
参 考 文 献 28
第一章 绪论
1.1 碳纳米管结构及应用
1.1.1 碳纳米管的结构
二十世纪九十年代初，一种晶形的碳素材料首次由日本NEC公司发现，将这种材料命名为碳纳米管[1] (Carbon nanotubes，简称CNTs)。碳纳米管是一种具有丰富微观结构的纳米管状，具有许多独特的性质，如比表面积很大，孔径小而密集，导电性能、传热性能好，抗拉强度大等。这些特性被广泛的应用到水处理技术方面，主要有以下几个重要用途：作为吸附材料、载体材料以及催化材料使用。
碳纳米管有两类，一类是单壁碳纳米管（SWCNTs），单壁碳纳米管内径很小，一般为0.4到2.5 nm[2]。另一类是多壁碳纳米管（MWCNTs），多壁碳纳米管则是由若干个单层管套叠而成。碳纳米管可以看作是直径为纳米级别、由石墨烯层片卷成的圆桶，其两端的封口由富勒烯半球构成。石墨碳原子中有4个未成对的电子，在碳纳米管中只有3个电子参与成键，因此会形成六边形的平面网状结构。碳纳米管有三种独特的结构，如纳米中空结构、封闭的拓扑构型及不同的螺旋结构，碳纳米管的多种多样的用途归功于这些特别的结构。
1.1.2 碳纳米管的性质
1. 碳纳米管的电子性能
因为碳原子外四个电子只有三个成键，金属粒子和碳纳米管之间会产生强相互作用，这种相互作用称为金属载体相互作用。Baker 等[3~5]认为碳纳米管石墨层存在的离域P电子决定了碳纳米管负载金属催化剂的催化活性。因为离域P电子的存在，碳纳米管具有导电性，金属粒子和碳纳米管之间存在电子转移，改变了金属粒子与碳纳米管之间的电平衡，从而改变反应的平衡。研究者们认为，金属载体相互作用有利于反应的晶面与反应物接触，提高了反应的活性和选择性。
2. 碳纳米管的吸附性能
碳纳米管可以直接作为吸附剂[1314]或载体[15]使用。为此，研究者们进行了碳纳米管对染料废水中有机物和无机物的吸附性能的研究。
根据实测BET，碳纳米管的比表面积较多孔活性炭要小，但就对于有机物的吸附效果而言，要强于活性炭。影响碳纳米管的吸附效果的主要因素有碳纳米管表面的官能团性质（如官能团类型和数量），碳纳米管表面缺陷，碳纳米管的纳米管结构的直径大小，吸附质分子的性质（如吸附质内部结构和形态），吸附质溶液的pH值，吸附质溶液的温度等。
碳纳米管本身可对无机物和有机物直接进行吸附，但与对有机物的吸附能力相比下，对无机物的吸附能力较弱。将碳纳米管作为吸附材料对有机物进行处理已被广泛应用且效果极佳。目前，碳纳米管吸附有机物已被较好地应用于农药废水、染料废水、药品类等方面，处理效果较为理想。
Niu等[6] 将单壁纳米碳管作为固相萃取柱萃取污水中的磺酰脲类除草剂。经研究表明，对有机物的吸附效果与吸附质的物理化学性质、吸附质溶液的性质（如温度、pH等）密切相关。一般地，表面具疏水性的碳纳米管对有机污染物吸附能力强。反之，表面有含氧官能团的碳纳米管，吸附能力差。
3. 碳纳米管的力学性能
碳纳米管力学性能良好，抗拉强度很高，可达到50~200GPa，是同体积钢强度的100倍，而密度却只有钢密度的六分之一，因此在相同体积下，碳纳米管的质量更小，为达到相同抗拉强度所需的碳纳米管量较少，可以节约不少资源。碳纳米管的弹性模量为1TPa，与金刚石的相当，比钢的弹性模量大4倍左右。其硬度也很大，可以与金刚石相媲美，同时又具有良好的韧性，拉伸性能很好[1112] 。
1.1.3 碳纳米管研究展望
近些年，科学技术不断发展，水处理技术也逐渐地革新和完善，以前的传统水处理工艺日渐完善和系统化，形成一个较为完备的处理体系，而仅仅的传统水处理工艺已经无法满足污水中物质组成复杂且难降解的现状。目前，研究者们着眼于新型材料的开发，制备出许多处理效果好、价格较为低廉、可重复使用的新型材料，广泛地应用在水处理过程中，使得水污染治
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