碳納米管的吸附作用與應(yīng)用教材課件

碳納米管的吸附作用及其應(yīng)用制作人：杜俊輝何曉寒摘要什么是碳納米管材料什么時(shí)候發(fā)現(xiàn)，怎樣制備碳納米管怎么樣的結(jié)構(gòu)決定吸附碳納米管的應(yīng)用資料和信息什么是是納米管材料

碳納米管(CNTS)又稱(chēng)巴基管，是一種有特殊結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的新型材料。管的外徑尺寸一般在幾納米到幾十納米，內(nèi)徑更小，有的只有1納米左右

。多壁碳納米管單壁碳納米管又稱(chēng)富勒管(Fullerenestubes)，由一層石墨烯片組成，直徑和長(zhǎng)度分別為0.75～3nm和1～50μm。含有多層石墨烯片，層數(shù)從2～50不等，層間距為0.34±0.01nm。典型的直徑和長(zhǎng)度分別為2～30nm和0.1～50μm。

單壁和多壁碳納米管碳納米管的發(fā)現(xiàn)過(guò)程1985年發(fā)現(xiàn)了巴基球(C60)；柯?tīng)?、克羅托和斯莫利在模擬宇宙長(zhǎng)鏈碳分子的生長(zhǎng)研究中，發(fā)現(xiàn)了與金剛石、石墨的無(wú)限結(jié)構(gòu)不同的，具有封閉球狀結(jié)構(gòu)的分子C60。因此，1996年獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。1991年日本電氣公司的S.

Iijima在制備C60、對(duì)電弧放電后的石墨棒進(jìn)行觀(guān)察時(shí)，發(fā)現(xiàn)圓柱狀沉積。空的管狀物直徑0.7-30

nm。2000年，北大彭練矛研究組用電子束轟擊單壁碳納米管，發(fā)現(xiàn)了Ф=0.33nm的碳納米管,但穩(wěn)定性較差2003年5月4日，日本信州大學(xué)和三井物產(chǎn)下屬的CNRI子公司研制成功Ф=0.4nm的碳納米管。同年，日本名古屋大學(xué)筱原久典教授制備出了納米電纜碳納米管的合成方法電弧法1991年日本科學(xué)家在利用電弧法制備富勒烯時(shí)發(fā)明了碳納米管后,電弧法便成為了制備碳納米管的一種廣為使用的方法.電弧法的原理是在兩根石墨之間放電,使石墨蒸發(fā),在陰極上沉積而形成碳納米管.激光蒸發(fā)法激光蒸發(fā)法是以激發(fā)沖擊石墨———金屬靶制備碳納米管,得到的碳納米管的形態(tài)電弧法得到的相似,但碳納米管質(zhì)量更高,并無(wú)無(wú)定形碳出現(xiàn).催化分解催化分解法又稱(chēng)催化劑氣相分解法.此方法在較高溫度下使碳?xì)浠衔锪呀鉃樘荚雍蜌湓?碳原子在過(guò)渡金屬———催化劑作用下附著在催化劑微粒表面上形成為碳納米管.過(guò)渡金屬如Fe、Co等作為催化劑與碳形成價(jià)穩(wěn)的碳化物,沉積在金屬表面上,縱而滲透到金屬的另一面而形成碳納米管。碳納米管的形成取決于碳原子的六角點(diǎn)陣二維石墨片是如何“卷曲起來(lái)”形成圓筒形的.

在石墨平面中,碳原子結(jié)合在一起形成六角網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的碳原子平面碳納米管又稱(chēng)巴基管,徑向尺寸納米量級(jí),軸向尺寸為微米級(jí),它可以看做徑向尺寸很小的無(wú)縫鋼管.目前單壁碳納米管存在三種類(lèi)型的結(jié)構(gòu),分為扶手式碳納米管,鋸齒形碳納米管和手性碳納米管單壁碳納米管結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定吸附性質(zhì)比表面積大比表面積是指單位質(zhì)量物料所具有的總面積比表面積是評(píng)價(jià)催化劑、吸附劑及其他多孔物質(zhì)具有孔隙結(jié)構(gòu)吸附位置碳納米管吸附有三個(gè)位置：管壁表面、管的內(nèi)腔及管間的空隙．碳納米管吸附作用的應(yīng)用在儲(chǔ)氫方面的應(yīng)用在環(huán)境治理中的應(yīng)用納米材料在水處理中的應(yīng)用儲(chǔ)氫應(yīng)用碳納米管的巨大的比表面積和具有的孔隙結(jié)構(gòu)可吸附大量的氫氣,因此碳納米管作為儲(chǔ)氫材料已作為了研究的焦點(diǎn).計(jì)算機(jī)模擬論證了碳納米管儲(chǔ)氫的可能性.近年來(lái)又有人提出將碳納米管用作燃料電池儲(chǔ)氫材料.有研究人員等指出使用濃硝酸和NaOH溶液處理碳納米管表面可提高儲(chǔ)氫率.目前研究的焦點(diǎn)主要是高儲(chǔ)氫性能的最優(yōu)化結(jié)構(gòu)和最佳的工藝條件.碳納米管吸附作用的應(yīng)用在儲(chǔ)氫方面的應(yīng)用在空氣治理中的應(yīng)用納米材料在水處理中的應(yīng)用碳納米管在空氣治理當(dāng)中的應(yīng)用一是利用碳納米管對(duì)氣體吸附的選擇性和碳納米管的導(dǎo)電性,可將其做成氣體傳感器來(lái)檢測(cè)環(huán)境中微量的污染氣體;二是直接用于污染氣體的吸附碳納米管吸附作用的應(yīng)用在儲(chǔ)氫方面的應(yīng)用在環(huán)空氣理中的應(yīng)用納米材料在水處理中的應(yīng)用水處理中的應(yīng)用水資源短缺及污水凈化一直是全世界普遍關(guān)注的問(wèn)題。碳納米管作為液相吸附劑的研究主要是利用其強(qiáng)吸附能力去除水體中的無(wú)機(jī)、有機(jī)污染物。從目前的研究結(jié)果來(lái)看,碳納米管對(duì)水體中的Pb2+

、Cd2+、F2

、砷酸鹽等無(wú)機(jī)離子及農(nóng)藥、苯類(lèi)、酚類(lèi)、酯類(lèi)等有機(jī)污染物及各種微生物、病毒、毒素等都有很強(qiáng)的吸附去除能力。部分金屬吸附表處理方法目標(biāo)金屬吸附條件和效果750℃氣相沉積法制備后經(jīng)濃硝酸（65%，20h）氧化處理Pb2+，Cd2+，Co2+，Zn2+，Cu2+pH=7，t=25℃，Pb2+，Cd2+，Co2+，Zn2+，Cu2+的Qm分別是117.65，92.59，85.74，74.63，64.93mg/g用亞氨基二乙酸功能化As3+，Cd2+，Co2+，Cr6+，V5+，Pb2+，Cu2+C0=1.2～6.0mg/L，pH=8，t=25℃，As3+，Cd2+，Co2+，Cr6+，V5+，Pb2+，Cu2+的Qm分別為5.75，6.61，6.72，8.96，5.05，8.98，6.64mg/g等離子體氧化Pb2+C0=9mg/L，pH=5，T=293K，去除率89%；C0=17mg/L，pH=5，T=293K，去除率81%玻璃瓶溫室保存Hg2+C0=0.1mg/L，pH=8，t=25℃，去除率100%；pH=8，Qm為13.16mg/g。結(jié)論：碳納米管在不同溫度、氣壓、ph值、處理方法下，呈現(xiàn)出不同的吸附能力吸附不同的位置廢水處理發(fā)展領(lǐng)域含酚、含酯廢水是我國(guó)水污染中的主要污染物之一。大多來(lái)自焦化廠(chǎng)、煤氣廠(chǎng)和化工廠(chǎng)的廢水中都含有苯酚、甲基酚、硝基酚、氯酚、酞酸酯等。這些物質(zhì)對(duì)生物、人體有著極大的危害,因此用納米管技術(shù)除去污染水中的酚類(lèi)、酯類(lèi)物質(zhì)是處理有害廢水的重要任務(wù)之一。資料信息美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院(NIST)的科學(xué)家日前開(kāi)發(fā)出一種多壁碳納米管材料，可大幅提高泡沫制品的阻燃性。據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)近日