碳纳米管技术在去除饮用水中污染物的应用吸附性能参考.pdf

第37卷第9期 水处理技术 V01．37NO．9 6 2011年9月 TECHNOLOGYOFWATERTREATMENT 1 Sep．，201 碳纳米管技术在去除饮用水中污染物的应用 黄书杭，隋铭皓 (同济大学，污染控制与资源化研究国家重点实验室，上海200092) 摘要：作为一种新型的碳材料，碳纳米管(CNTs)在水处理中可能存在良好的应用前景。由于其特殊的结构和性 质，CNTs具有优异的吸附性能。就CNTs对水中有机物、藻毒素和细菌多种污染物的吸附性能及吸附机制研究进展 进行了讨论。 关键词：碳纳米管；吸附；有机物；藻毒素；细菌 中图分类号：TU991．2 文献标识码：A 文章编号：1000．3770(2011)09．0006．005 碳纳米管(CNTs)是一种新型的碳材料，自具有中孔(甚至超过中孔)直径大小的空附¨4】，并 1991年发现以来，由于它突出的电子、机械和化学且能够提供很大的外表面积，因此碳纳米管能够吸 特性【M】，引起了科学界的强烈关注。众多学科领域一 附和固定包括细菌病毒在内的体积较大的生物污染 致认为CNTs具有广泛和良好的应用前景，其中包物和其他大型污染物。理论上CNTs有4个区域可 括在水处理中的应用。 以自然发生吸附：单个CNT的管内腔、管束内 吸附是去除饮用水原水中的污染物最为有效的 CNTs之间的空隙、管束的外表面积、整个碳纳米管 技术之一。碳材料，如活性炭(PAC和GAC)是水处的最外层表面积[935】。其中第一个区域CNTs的微孔 理中最常用的吸附材料。CNTs作为一种新型碳材管内腔无法用于吸附，因为一般情况一个独立的碳 料，也被推测可能具有良好的吸附性能，并引起了水 纳米管端口是封闭的，即使它两端开放，微孔较小的 处理研究者的重视即】。本文就CNTs作为吸附材料直径也不能容纳普通的宏观尺寸污染物。第二个区 在水处理中的应用现状进行详细阐述。 域管束内部CNTs之间的空隙则有较好能力吸附尺 寸小分子量低的物质。第三和第四个区域一管束外 1碳纳米管的独特结构 表面积和整个纳米管的最外层表面积，具有很大的孔 研究表明CNTs的确具有强大的吸附性能，甚至隙空间和吸附潜力，能够完全被用于吸附污染物。总 大大超过活性炭材料(PAC、GAC)等。究其吸附机理， 之，CNTs丰富的纳米空隙结构和巨大的可用性比表 CNTs特殊的结构被认为对吸附起着重要作用，另外面积是活性炭等微孔型材料所不具备的特殊结构，大 CNTs的细胞毒性对聚集生物污染物也有一定帮助。 大增强了CNTs的吸附性能，对水中污染物尤其是 CNTs是由碳原子形成的石墨烯片层卷成的无体积较大的生物污染物的吸附去除具有重要意义【列。 缝、中空的管体，每个管状层由碳六边形构成，与石 2 CNT8吸附去除饮用水中污染的应用 墨内结构相似，其碳原子以spz杂化为主，混合有部分 2．1 sD，杂化。按石墨层数分为单壁碳纳米管(SWCNT)CNTs吸附有机物 和多壁碳纳米管(MwCNT)【51。 目前，研究者对CNTs去除水中脂类、非极性芳 CNTs的结构形成是通过范德华力实现的M，烃、极性芳烃、NOM等有机物进行了研究。结果表 几十上百个独立的碳纳米管能够相互吸引粘附在一 明，相比其它吸附材料而言，CNTs对这些有机物表 起形成束状结构。这些以束状存在的碳纳米管之间 现出很高的