碳納米管的吸附作用與應用

關于碳納米管的吸附作用與應用第1頁，講稿共22頁，2023年5月2日，星期三摘要什么是碳納米管材料什么時候發(fā)現(xiàn)，怎樣制備碳納米管怎么樣的結構決定吸附碳納米管的應用資料和信息第2頁，講稿共22頁，2023年5月2日，星期三什么是是納米管材料

碳納米管(CNTS)又稱巴基管，是一種有特殊結構和性質的新型材料。管的外徑尺寸一般在幾納米到幾十納米，內徑更小，有的只有1納米左右

。多壁碳納米管單壁碳納米管又稱富勒管(Fullerenestubes)，由一層石墨烯片組成，直徑和長度分別為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。典型的直徑和長度分別為2～30nm和0.1～50μm。

第3頁，講稿共22頁，2023年5月2日，星期三單壁和多壁碳納米管第4頁，講稿共22頁，2023年5月2日，星期三碳納米管的發(fā)現(xiàn)過程1985年發(fā)現(xiàn)了巴基球(C60)；柯爾、克羅托和斯莫利在模擬宇宙長鏈碳分子的生長研究中，發(fā)現(xiàn)了與金剛石、石墨的無限結構不同的，具有封閉球狀結構的分子C60。因此，1996年獲得諾貝爾化學獎。1991年日本電氣公司的S.

Iijima在制備C60、對電弧放電后的石墨棒進行觀察時，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，日本信州大學和三井物產下屬的CNRI子公司研制成功Ф=0.4nm的碳納米管。同年，日本名古屋大學筱原久典教授制備出了納米電纜第5頁，講稿共22頁，2023年5月2日，星期三碳納米管的合成方法電弧法1991年日本科學家在利用電弧法制備富勒烯時發(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,但碳納米管質量更高,并無無定形碳出現(xiàn).催化分解催化分解法又稱催化劑氣相分解法.此方法在較高溫度下使碳氫化合物裂解為碳原子和氫原子,碳原子在過渡金屬———催化劑作用下附著在催化劑微粒表面上形成為碳納米管.過渡金屬如Fe、Co等作為催化劑與碳形成價穩(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。第6頁，講稿共22頁，2023年5月2日，星期三第7頁，講稿共22頁，2023年5月2日，星期三碳納米管的形成取決于碳原子的六角點陣二維石墨片是如何“卷曲起來”形成圓筒形的.

在石墨平面中,碳原子結合在一起形成六角網狀結構的碳原子平面碳納米管又稱巴基管,徑向尺寸納米量級,軸向尺寸為微米級,它可以看做徑向尺寸很小的無縫鋼管.目前單壁碳納米管存在三種類型的結構,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構第8頁，講稿共22頁，2023年5月2日，星期三結構特點決定吸附性質比表面積大比表面積是指單位質量物料所具有的總面積比表面積是評價催化劑、吸附劑及其他多孔物質具有孔隙結構第9頁，講稿共22頁，2023年5月2日，星期三吸附位置碳納米管吸附有三個位置：管壁表面、管的內腔及管間的空隙．第10頁，講稿共22頁，2023年5月2日，星期三碳納米管吸附作用的應用在儲氫方面的應用在環(huán)境治理中的應用納米材料在水處理中的應用第11頁，講稿共22頁，2023年5月2日，星期三儲氫應用碳納米管的巨大的比表面積和具有的孔隙結構可吸附大量的氫氣,因此碳納米管作為儲氫材料已作為了研究的焦點.計算機模擬論證了碳納米管儲氫的可能性.近年來又有人提出將碳納米管用作燃料電池儲氫材料.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氫率.目前研究的焦點主要是高儲氫性能的最優(yōu)化結構和最佳的工藝條件.第12頁，講稿共22頁，2023年5月2日，星期三碳納米管吸附作用的應用在儲氫方面的應用在空氣治理中的應用納米材料在水處理中的應用第13頁，講稿共22頁，2023年5月2日，星期三碳納米管在空氣治理當中的應用一是利用碳納米管對氣體吸附的選擇性和碳納米管的導電性,可將其做成氣體傳感器來檢測環(huán)境中微量的污染氣體;二是直接用于污染氣體的吸附第14頁，講稿共22頁，2023年5月2日，星期三碳納米管吸附作用的應用在儲氫方面的應用在環(huán)空氣理中的應用納米材料在水處理中的應用第15頁，講稿共22頁，2023年5月2日，星期三第16頁，講稿共22頁，2023年5月2日，星期三水處理中的應用水資源短缺及污水凈化一直是全世界普遍關注的問題。碳納米管作為液相吸附劑的研究主要是利用其強吸附能力去除水體中的無機、有機污染物。從目前的研究結果來看,碳納米管對水體中的Pb2+

、Cd2+、F2

、砷酸鹽等無機離子及農藥、苯類、酚類、酯類等有機污染物及各種微生物、病毒、毒素等都有很強的吸附去除能力。第17頁，講稿共22頁，2023年5月2日，星期三部分金屬吸附表結論：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第18頁，講稿共22頁，2023年5月2日，星期三廢水處理發(fā)展領域含酚、含酯廢水是我國水污染中的主要污染物之一。大多來自焦化廠、煤氣廠和化工廠的廢水中都含有苯酚、甲基酚、硝基酚、氯酚、酞酸酯等。這些物質對生物、人體有著極大的危害,因此用納米管技術除去污染水中的酚類、酯類物質是處理有害廢水的重要任務之一。第19頁，講稿共22頁，2023年5月2日，星期三資料信息美國國家標準與技術研究院(NIST)的科學家日前開發(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。據物理學家組織網近日報道，意大利羅馬大學、拉奎拉大學和法國南特大學的研究人員合作研制出一種碳納米管(CNT)海綿，能夠吸收水中化肥、農藥和藥品等污染物，凈化效率超過之前方法3倍。