碳纳米管的吸附作用与应用教材课件.ppt

1、碳纳米管的吸附作用碳纳米管的吸附作用及其应用及其应用制作人：杜俊辉 何晓寒摘要摘要 什么是碳纳米管材料什么是碳纳米管材料 什么时候发现，怎样什么时候发现，怎样制备制备 碳碳纳米管怎么样的结纳米管怎么样的结构决定吸附构决定吸附 碳碳纳米管的应用纳米管的应用 资料和信息资料和信息什么是是纳米管材料 碳纳米管碳纳米管(CNTS)又称巴基管，是一种又称巴基管，是一种有特殊结构和性质的新型材料。管的有特殊结构和性质的新型材料。管的外径尺寸一般在几纳米到几十纳米，外径尺寸一般在几纳米到几十纳米，内径更小，有的只有内径更小，有的只有1 纳米左右纳米左右 。多壁多壁碳纳米管碳纳米管单壁单壁碳纳米管碳纳米管又称

2、富勒管称富勒管(Fullerenes tubes)，由一层石墨烯片组成，直径，由一层石墨烯片组成，直径和长度分别为和长度分别为0.753nm和和150m。含有多层石墨烯片，层数从含有多层石墨烯片，层数从250不等，层间距为不等，层间距为0.340.01nm。典型的直径和长度分别为。典型的直径和长度分别为230nm和和0.150m。 单壁和多壁碳纳米管碳纳米管的发现过程碳纳米管的合成方法碳纳米管的合成方法 电弧法电弧法1991 年日本科学家在利用电弧法制备富勒烯时发明了碳纳米管后,电弧法便成为了制备碳纳米管的一种广为使用的方法. 电弧法的原理是在两根石墨之间放电,使石墨蒸发, 在阴极上沉积而形成

3、碳纳米管. 激光蒸发法激光蒸发法激光蒸发法是以激发冲击石墨金属靶制备碳纳米管,得到的碳纳米管的形态电弧法得到的相似,但碳纳米管质量更高,并无无定形碳出现. 催化分解催化分解催化分解法又称催化剂气相分解法. 此方法在较高温度下使碳氢化合物裂解为碳原子和氢原子,碳原子在过渡金属催化剂作用下附着在催化剂微粒表面上形成为碳纳米管. 过渡金属如Fe 、Co 等作为催化剂与碳形成价稳的碳化物,沉积在金属表面上,纵而渗透到金属的另一面而形成碳纳米管。碳纳米管的形成取决于碳碳纳米管的形成取决于碳原子的六角点阵二维石墨原子的六角点阵二维石墨片是如何片是如何“卷曲起来卷曲起来”形形成圆筒形的成圆筒形的. 在石墨平

4、面中, 碳原子结合在一起形成六角网状结构的碳原子平面碳纳米管又称巴基管,径向尺寸纳米量级,轴向尺寸为微米级, 它可以看做径向尺寸很小的无缝钢管. 目前单壁碳纳米管存目前单壁碳纳米管存在三种类型的结构在三种类型的结构,分为扶手式碳纳米管分为扶手式碳纳米管,锯齿形碳纳米管和手性碳纳米管锯齿形碳纳米管和手性碳纳米管单壁碳纳米管结构单壁碳纳米管结构结构特点决定吸附性质 比表面积大 比表面积是指单位质量物料所具有的总面积 比表面积是评价催化剂、吸附剂及其他多孔物质 具有孔隙结构吸附位置 碳纳米管吸附有三个位置：管壁表面、管的内腔及管间的空隙碳纳米管吸附作用的应用 在储氢方面的应用在储氢方面的应用 在环境

5、治理中的应用 纳米材料在水处理中的应用储氢应用储氢应用 碳纳米管的巨大的比表面积和具有的孔隙结构可吸附大量的氢气, 因此碳纳米管作为储氢材料已作为了研究的焦点. 计算机模拟论证了碳纳米管储氢的可能性. 近年来又有人提出将碳纳米管用作燃料电池储氢材料. 有研究人员等指出使用浓硝酸和NaOH 溶液处理碳纳米管表面可提高储氢率. 目前研究的焦点主要是高储氢性能的最优化结构和最佳的工艺条件.碳纳米管吸附作用的应用碳纳米管吸附作用的应用 在储氢方面的应用在储氢方面的应用 在空气治理中的应用 纳米材料在水处理中的应用碳纳米管在空气治理当中的应用碳纳米管在空气治理当中的应用 一是利用碳纳米管对气体吸附的选择

6、性和碳纳米管的导电性,可将其做成气体传感器来检测环境中微量的污染气体; 二是直接用于污染气体的吸附 碳纳米管吸附作用的应用碳纳米管吸附作用的应用 在储氢方面的应用在储氢方面的应用 在在环空气理环空气理中的应用中的应用 纳米材料在水处理中的应用纳米材料在水处理中的应用水处理中的应用水处理中的应用 水资源短缺及污水净化一直是全世界普遍关注的问题。碳纳米管作为液相吸附剂的研究主要是利用其强吸附能力去除水体中的无机、有机污染物。从目前的研究结果从目前的研究结果来看来看,碳纳米管对水体中的碳纳米管对水体中的Pb2 + 、Cd2 + 、F2 、砷酸盐等无机离子及农药、苯类、酚、砷酸盐等无机离子及农药、苯类

7、、酚类、酯类等有机污染物及各种微生物、病类、酯类等有机污染物及各种微生物、病毒、毒素等都有很强的吸附去除能力。毒、毒素等都有很强的吸附去除能力。部分金属吸附表处理方法目标金属吸附条件和效果750 气相沉积法制备后经浓硝酸（65%，20 h）氧化处理Pb2+，Cd2+，Co2+，Zn2+，Cu2+pH=7，t=25 ，Pb2+，Cd2+，Co2+，Zn2+，Cu2+的Qm 分别是117.65，92.59，85.74，74.63，64.93 mg/g用亚氨基二乙酸功能化As3+，Cd2+，Co2+，Cr6+，V5+，Pb2+，Cu2+C0=1.26.0 mg/L，pH=8，t=25 ，As3+，C

8、d2+，Co2+，Cr6+，V5+，Pb2+，Cu2+的Qm 分别为5.75，6.61，6.72，8.96，5.05，8.98，6.64 mg/g等离子体氧化Pb2+C0=9 mg/L，pH=5，T=293 K，去除率89%；C0=17 mg/L，pH=5，T=293 K，去除率81%玻璃瓶温室保存Hg2+C0=0.1 mg/L，pH=8，t=25 ，去除率100%；pH=8，Qm 为13.16 mg/g。结论：碳纳米管在不同温度、结论：碳纳米管在不同温度、 气压、气压、 ph值、处理方法下，呈现出不同的吸附能力值、处理方法下，呈现出不同的吸附能力吸附不同的位置吸附不同的位置废水处理发展领域废

9、水处理发展领域 含酚、含酯废水是我国水污染中的主要污染物之一。大多来自焦化厂、煤气厂和化工厂的废水中都含有苯酚、甲基酚、硝基酚、氯酚、酞酸酯等。这些物质对生物、人体有着极大的危害,因此用纳米管技术用纳米管技术除去除去污染水中的酚类、酯污染水中的酚类、酯类物质是处理有害废水的类物质是处理有害废水的重要重要任务之一任务之一。资料 信息 美国国家标准与技术研究院(NIST)的科学家日前开发出一种多壁碳纳米管材料，可大幅提高泡沫制品的阻燃性。 据物理学家组织网近日报道，意大利罗马大学、拉奎拉大学和法国南特大学的研究人员合作研制出一种碳纳米管(CNT)海绵，能够吸收水中化肥、农药和药品等污染物，净化效率超过之前方法3倍。未来的研究趋势未来的研究趋势 碳纳米管的纯化研究 碳纳米管的热导性研究 碳纳米管的力学性能的研究 碳纳米管的电学性能的开发和研究谢谢谢谢