ACF-CNT復(fù)合材料的制備、表征及其吸附特性研究.pdf

1、隨著近年工業(yè)的發(fā)展和人口的增加，水體污染治理面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。染料廢水和重金屬?gòu)U水的高效治理成為目前研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。吸附法因其具有成本低，效率高，簡(jiǎn)單易操作并對(duì)有毒物質(zhì)不敏感等優(yōu)點(diǎn)，成為本研究首選治理技術(shù)。
　　本研究首次提出并以Ni(NO3)2·6H2O為催化劑前驅(qū)體，C2H2為碳源，H2為還原氣體，N2為載氣，采用化學(xué)氣相沉積法(CVD)在粘膠基活性炭纖維(ACFs)氈體中纖維表面催化生長(zhǎng)碳納米管(CNTs)制備了一種新型吸附材

2、料-ACF/CNT復(fù)合材料。
　　研究了制備條件的影響，分析研究了ACF/CNT復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)特征，查明了ACF/CNT復(fù)合材料制備機(jī)理并闡明了碳納米管生長(zhǎng)機(jī)制。結(jié)果表明:在活性炭纖維的表面生長(zhǎng)了均勻而稠密的碳納米管;在碳納米管尖端發(fā)現(xiàn)碳、鎳和氧三種元素;存在石墨態(tài)碳納米管和面心立方結(jié)構(gòu)的晶體鎳;生長(zhǎng)碳納米管后材料的表面官能團(tuán)發(fā)生了改變;ACF/CNT復(fù)合材料以微孔和中孔為主。復(fù)合材料中碳納米管生長(zhǎng)遵循氣-液-固(VLS)頂部生長(zhǎng)

3、機(jī)制，而且發(fā)現(xiàn)碳納米管優(yōu)先生長(zhǎng)在活性炭纖維的開(kāi)孔邊緣。
　　針對(duì)羅丹明B、甲基橙、次甲基藍(lán)和六價(jià)鉻，通過(guò)改變C2H2裂解溫度、裂解時(shí)間、催化劑前軀體濃度、C2H2流量和H2流量等制備條件，實(shí)現(xiàn)了ACF/CNT復(fù)合材料比表面積、表面基團(tuán)和孔徑分布等結(jié)構(gòu)性能參數(shù)可控。
　　研究ACF/CNT復(fù)合材料對(duì)水溶液中羅丹明B的吸附性能及機(jī)理，結(jié)果表明:當(dāng)pH從2升高到3，吸附容量從16.36降低到16.29 mg/g，而后吸附容量隨著p

4、H的增加而增加;對(duì)羅丹明B的吸附數(shù)據(jù)符合Langmuir吸附等溫線和準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程;顆粒間擴(kuò)散不是唯一的控制步驟，吸附速率還受膜擴(kuò)散控制。根據(jù)熱力學(xué)計(jì)算結(jié)果，表明吸附過(guò)程為非自發(fā)的、吸熱的物理吸附。
　　研究ACF/CNT復(fù)合材料對(duì)水溶液中甲基橙的吸附性能及機(jī)理，結(jié)果表明:pH從2到3時(shí)，吸附劑吸附容量從96.88增加到114.81 mg/g，而后增加幅度變慢;對(duì)甲基橙的吸附數(shù)據(jù)符合Langmuir等溫吸附模型和準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程

5、;顆粒間擴(kuò)散和膜擴(kuò)散共同為吸附過(guò)程的控制步驟;熱力學(xué)計(jì)算結(jié)果揭示吸附過(guò)程為自發(fā)的、放熱的物理吸附過(guò)程。
　　研究ACF/CNT復(fù)合材料對(duì)水溶液中次甲基藍(lán)的吸附性能及機(jī)理，結(jié)果表明:吸附容量隨著pH的增加而增加;對(duì)次甲基藍(lán)的吸附數(shù)據(jù)符合Freundlich吸附等溫線模型和準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程;吸附過(guò)程被顆粒間擴(kuò)散和膜擴(kuò)散控制;熱力學(xué)計(jì)算結(jié)果闡明吸附為自發(fā)的、吸熱的物理吸附。
　　研究ACF/CNT復(fù)合材料對(duì)水溶液中六價(jià)鉻的吸附性能

6、及機(jī)理，結(jié)果表明:當(dāng)pH從2到3時(shí)，吸附容量從4.992下降為4.987 mg/g;而后隨著pH的增加，吸附容量急劇下降。吸附實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)遵循Freundlich吸附等溫線和準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型，顆粒間擴(kuò)散不是吸附速率唯一的控制步驟，還要考慮膜擴(kuò)散的影響;經(jīng)熱力學(xué)計(jì)算，證明吸附過(guò)程為自發(fā)的、吸熱的物理吸附。
　　ACF/CNT復(fù)合材料吸附羅丹明B和次甲基藍(lán)的吸附機(jī)理包括氫鍵作用力、靜電引力、Π-Π鍵和微孔填充;吸附甲基橙的吸附機(jī)理包括氫鍵