碳纳米管表面改性和其吸附水中污染物研究进展.pdf

第 43卷 第3期 化 工 技 术 与 开 发 Vo1．43 No．3 2014年 3月 Technology DevelopmentofChemicalIndustry Mar．2014 碳纳米管表面改性及其吸附水中污染物的研究进展 常 兰 秦伟超 。 (1．核工业西南物理研究院，四川 成都 610041；2．成都理工大学工程技术学院，四川乐山 614007； 3．东北师范大学环境学院，吉林 长春 130117) 摘 要：简述了碳纳米管的结构、性质及优异的吸附性能，介绍了碳纳米管的表面改性方法，总结了对不同 目标物吸附效果的差异。表面改性有利于碳纳米管对水中重金属离子的吸附，对不同的有机污染物而言，不同的 修饰官能团的吸附效果差异较大。指出了吸附竞争和提高选择性等是未来需要研究的方向。 关键词：碳纳米管；表面改性 ；吸附 中图分类号：X703 文献标识码：A 文章编号：1671—9905(2014)03—0043-04 来 自生活废水和工业废水中不同成分的环境污 面活性较高，长径比也较高，很容易发生团聚或缠绕 染物造成水资源严重污染，水中污染物质一般包括 现象，限制了它在水污染控制方面的应用。因此在 重金属、无机非金属和有机物等，严重影响了人类健 将碳纳米管应用于水中污染物吸附去除前，往往需 康、动植物生存，对环境产生了巨大的破坏。重金属 要修饰碳纳米管表面性质，可进一步增强碳纳米管 和有机污染物难以被生物降解，物化法成为重金属 的吸附性能，一方面增加其在水溶液中的亲水性，同 和有机化合物废水处理的常用方法之一，其中吸附 时在表面修饰一定数量的活性官能团，从而改善水 法应用比较广泛 [1-21。 相中碳纳米管吸附有毒有害污染物的特性。表面官 碳纳米管是具有独特中空结构的一维纳米材 能化改性是吸附水中痕量或低浓度的目标污染物的 料，具有很强的吸附能力和较大的吸附容量，是一种 一 种非常有效的方法 J。 理想的吸附材料，已有研究证实碳纳米管对水体中 2 改性方法 的污染物具有很好的吸附效果。与传统的吸附剂相 最初碳纳米管表面改性是通过共价键修饰来实 比，碳纳米管有吸附量大、吸附平衡时间短等优点， 现的，之后学者为了保持其 良好的结构性能，逐渐 具有很广阔的应用前景 3]『。 采用非共价键法改性，包覆或负载金属、氧化物、氮 1碳纳米管的结构和性质 化物、硫化物、生物分子等以实现碳纳米管的表面改 碳纳米管是由石墨烯卷曲而形成的无缝的、纳 性，提高了碳纳米管的吸附眭能。 米量级的中空管 ，具有典型一维层状中空结构，分 2．1共价键修饰改性 为单壁碳纳米管和多壁碳纳米管。碳纳米管的管壁 共价键修饰法直接与碳纳米管的石墨晶格结构 是 1个类石墨微晶的碳原子通过 sp杂化与周围3 发生相互作用 ，一般在中空管腔内壁和端 口处发生 个碳原子完全键合形成六边形碳环结构，形成的大 氧化反应，引入化学官能团，大幅提高了其 比表面 兀键共轭体系可和其他的兀电子发生兀一Ⅱ共轭作 积，并加强了在非极性溶剂中的分散性。 用 ，五边形或七边形碳环通常位于碳纳米管的弯曲 共价键修饰改性最先是通过氧化剂化学切割， 部位，这些地方 由于缺陷具有较强的反应活性，也是 采用混酸和其他氧化性溶液氧化碳纳米管并用于水 碳纳米管最优发生反应的部位 。