碳納米管吸附性能的研究

1、沈陽航空航天大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）摘 要炭吸附材料由于具有較大的比表面積，穩(wěn)定的物理、化學(xué)性質(zhì)，具有較強(qiáng)的吸附性能，已成為最具代表性的一類空氣凈化材料。碳納米管具有一些獨(dú)特的性質(zhì)，如特殊的導(dǎo)電性能、力學(xué)性質(zhì)及物理化學(xué)性質(zhì)等。因此碳納米管自出現(xiàn)以來即引起關(guān)注并廣泛應(yīng)用于諸多科學(xué)領(lǐng)域。碳納米管（CNTs）由于具有較大的比表面積，因此具有良好的吸附能力，現(xiàn)在已經(jīng)被應(yīng)用于儲(chǔ)氫及吸附劑等領(lǐng)域。本次研究主要是針對(duì)CNTs的吸附能力，通過KOH活化的方法進(jìn)一步增大CNTs的比表面積，進(jìn)行甲基橙吸附實(shí)驗(yàn)并探索活化需要的最佳堿炭比，之后通過改變其它因素如震蕩時(shí)間及CNTs的用量進(jìn)一步探究CNTs的吸附能力。關(guān)鍵詞

2、：吸附材料；碳納米管；活化；AbstractCarbon adsorption material has larger specific surface area, stable physical and chemical properties, with strong adsorption properties, has become a kind of the most representative materials of air purification. Carbon nanotubes have some unique properties, such as special con

3、ductive properties, mechanical properties and physical and chemical properties. Therefore carbon nanotubes since there has caused concern and that is widely used in many fields of science.As Carbon nanotubes (CNTs) has a larger surface area, it has a good adsorption capacity, has now been applied to

4、 the field of hydrogen storage and adsorbent.This study focuses on the adsorption capacity of CNTs. Using the KOH activation method increase the specific surface area of CNTs. For methyl orange adsorption experiments and explore the best alkali activated carbon ratio required. Then chang other facto

5、rs such as the shock time and the amount of CNTs to further explore the adsorption capacity of CNTs.Keywords: Adsorption material; Carbon nanotubes; Activation;目 錄1緒論11.1課題研究背景11.2本文研究的內(nèi)容和意義21.2.1實(shí)驗(yàn)研究的主要內(nèi)容21.2 .2研究意義21.3碳納米管的結(jié)構(gòu)與特性21.3.1碳納米管的結(jié)構(gòu)21.3.2碳納米管的吸附特性31.4碳納米管的純化41.5碳納米管的活化52碳納米管的KOH活化實(shí)驗(yàn)72.1活化

6、實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)72.2儀器與試劑72.3實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及過程72.4實(shí)驗(yàn)誤差分析83碳納米管吸附甲基橙實(shí)驗(yàn)103.1甲基橙吸附實(shí)驗(yàn)?zāi)康?03.2儀器與試劑103.3實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及過程103.4數(shù)據(jù)分析及實(shí)驗(yàn)結(jié)論114其它因素對(duì)甲基橙吸附的影響154.1震蕩時(shí)間對(duì)吸附效果的影響154.2碳納米管用量對(duì)吸附效果的影響175結(jié)論19致謝21參考文獻(xiàn)221緒論1.1課題研究背景隨著室內(nèi)裝修的不斷升溫，各種建筑材料的廣泛應(yīng)用，由此引發(fā)的室內(nèi)空氣污染越來越受到人們的關(guān)注，其中主要的污染物為來源于油漆、膠合板、刨花板、內(nèi)墻涂料、塑料貼面等材料中的甲醛、苯、VOC(Volatile Organic Compounds)等

7、揮發(fā)性有機(jī)物。近年來，針對(duì)上述這些污染物的各類空氣凈化器越來越頻繁的出現(xiàn)在人們的工作和生活環(huán)境中。常見的空氣凈化技術(shù)有：光催化、高壓靜電、負(fù)離子、等離子、吸附等以及相關(guān)的復(fù)合技術(shù)。吸附類空氣凈化技術(shù)目前使用比較廣泛。當(dāng)前使用用最多的吸附材料是活性炭，早在第一次世界大戰(zhàn)期間，活性炭就被應(yīng)用于防毒面具。通過防毒面具應(yīng)用的推動(dòng)，活性炭市場(chǎng)不斷擴(kuò)大，活性炭的吸附功能在眾多行業(yè)的精制、回收、合成上的應(yīng)用陸續(xù)開發(fā)。到20世紀(jì)40年代，隨著環(huán)境保護(hù)日益受到重視，政府法令的日趨嚴(yán)格?；钚蕴吭诳諝鈨艋确矫娴挠昧縿≡觯絹碓蕉嗟膽?yīng)用在環(huán)保產(chǎn)業(yè)。自2003年非典期間的活性炭口罩和純凈水的凈化應(yīng)用，使活性炭進(jìn)入人們

8、的日常生活中。近幾年發(fā)展起來的運(yùn)用活性炭的吸附特性吸附室內(nèi)有害氣體消除室內(nèi)污染，成為活性炭應(yīng)用的一次新革命。碳納米管是繼富勒烯之后出現(xiàn)的又一種新型碳質(zhì)納米材料，與傳統(tǒng)碳質(zhì)材料相比，碳納米管具有一些獨(dú)特的性質(zhì)，如特殊的導(dǎo)電性能、力學(xué)性質(zhì)及物理化學(xué)性質(zhì)等。因此碳納米管自出現(xiàn)以來即引起關(guān)注并廣泛應(yīng)用于諸多科學(xué)領(lǐng)域。例如根據(jù)碳納米管獨(dú)特的一維管狀結(jié)構(gòu)和極大的長(zhǎng)徑比可將其制成高效的傳質(zhì)單元；超薄的針形尖端使碳納米管可用做掃描隧道顯微鏡及原子力顯微鏡的探針；碳納米管具有較強(qiáng)的場(chǎng)發(fā)射性能，是一種優(yōu)良的場(chǎng)效應(yīng)晶體管材料，Duan等在研究中發(fā)現(xiàn)，用金屬銫對(duì)單壁碳納米管進(jìn)行修飾能加強(qiáng)場(chǎng)發(fā)射性能；碳納米管兼具金屬或

9、半導(dǎo)體導(dǎo)電性，是一種理想的電極材料，Sotiropoulou等將在鉑電極表面生長(zhǎng)的直線型多壁碳納米管進(jìn)行氧化處理，在碳納米管開口端引入了羧基并能夠有效地固定葡萄糖酶，為信號(hào)控制提供了優(yōu)良的傳導(dǎo)平臺(tái)，碳納米管的比表面積較大，可應(yīng)用于儲(chǔ)氫、儲(chǔ)能以及吸附劑等領(lǐng)域。金效齊等研究KOH活化多壁碳納米管的結(jié)構(gòu)及其活化機(jī)理，得出KOH活化可增大碳納米管的比表面積，豐富孔結(jié)構(gòu)4。碳納米管與活性炭一樣具有吸附能力，但是當(dāng)前被廣泛應(yīng)用的吸附性材料是活性炭，碳納米管沒有作為吸附材料被廣泛應(yīng)用的原因會(huì)不會(huì)是因?yàn)槠湮侥芰Φ牟町?，因此本次針?duì)碳納米管的吸附能力作為主要研究?jī)?nèi)容。1.2本文研究的內(nèi)容和意義1.2.1實(shí)驗(yàn)研

10、究的主要內(nèi)容本實(shí)驗(yàn)研究的是主要內(nèi)容是碳納米管吸附性能的研究，（以活性炭為參照組）探究活化碳納米管的吸附能力。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容包括碳納米管的活化、碳納米管吸附甲基橙實(shí)驗(yàn)、其他因素如CNTS用量和震蕩時(shí)間對(duì)吸附的影響。整個(gè)流程如下，首先對(duì)碳納米管進(jìn)行KOH活化，活化時(shí)設(shè)置不同的堿炭比對(duì)照組，活化實(shí)驗(yàn)結(jié)束后得到經(jīng)過不同堿炭比活化處理過的碳納米管，再分別對(duì)其進(jìn)行吸附實(shí)驗(yàn)，吸附實(shí)驗(yàn)過程中設(shè)活性炭吸附對(duì)照組，通過吸附實(shí)驗(yàn)得到活化的最佳堿炭比，接下來通過改變震蕩時(shí)間和CNTs的用量進(jìn)一步研究其他因素對(duì)吸附效果的影響。1.2 .2研究意義隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，環(huán)境污染問題日益明顯，常見的環(huán)境污染有水污染、氣體污染等，吸

11、附是處理污染問題的一種方法，活性炭作為常見的吸附材料被廣泛的應(yīng)用，主要應(yīng)用于污染氣體吸附、空氣凈化和水污染處理等。碳納米管由于具有較大的比表面積，同樣具有良好的吸附性能，通過對(duì)碳納米管進(jìn)行活化改性，探究碳納米管的吸附性能，對(duì)未來新型吸附材料的研究具有重要的意義。1.3碳納米管的結(jié)構(gòu)與特性 1.3.1碳納米管的結(jié)構(gòu)碳納米管可定義為“將石墨六角網(wǎng)平面（石墨烯片）卷成無縫筒狀時(shí)形成無缺陷的單層管狀物質(zhì)或?qū)⑵浒趦?nèi)，層層套疊而成的多層管狀物質(zhì)”。碳納米管完全由表面碳原子組成，它們具有封閉的面狀電子系1。碳原子在圓筒表面呈螺旋狀，特殊情況下可呈扶手椅和鋸齒形，如圖1.1所示。納米管層中任意一個(gè)碳原子通

12、過雜化與周圍3個(gè)碳原子完全鍵合，其平面六角晶胞為0.246nm，最短的碳碳鍵長(zhǎng)為0.142nm。單壁碳納米管比較細(xì)，其直徑大多數(shù)在圖1.1 碳納米管結(jié)構(gòu)圖納米左右，但多數(shù)集中分布在0.82nm附近；多壁碳納米管層間接近ABAB堆垛，層數(shù)從2到50層不等，層間距為（0.34±0.01）nm，與石墨層間距0.34nm。直徑多在4nm以上，有的相當(dāng)粗，甚至達(dá)到數(shù)十納米。碳納米管的長(zhǎng)度可達(dá)幾微米，長(zhǎng)的甚至達(dá)數(shù)毫米，其長(zhǎng)度和直徑之比一般都在1000以上，實(shí)際上可忽略兩端的影響，被認(rèn)為是典型的一維物質(zhì)1。1.3.2碳納米管的吸附特性碳原子具有良好的成鍵性能，不僅可形成結(jié)構(gòu)完善的金剛石和石墨，也可

13、形成具有豐富結(jié)構(gòu)缺陷的高吸附性、無定形的多孔炭。普通多孔炭的孔徑體系主要由其本身具有的結(jié)構(gòu)缺陷形成，其孔徑體系具有一定的隨意性，因此其成孔過程和最終的孔隙結(jié)構(gòu)難于控制。碳納米管的出現(xiàn)使在碳結(jié)構(gòu)中形成完全規(guī)整的孔隙結(jié)構(gòu)成為可能。尤其是單壁碳納米管，由單層圓柱形石墨層構(gòu)成，其直徑大小的分布范圍小，缺陷少，具有較高的均勻一致性，更具有規(guī)整的一維納米級(jí)孔隙。構(gòu)成單壁碳納米管的碳原子都處在表面位置，是同時(shí)具有表面和裹面的物質(zhì)，故應(yīng)具有較大的比表面積。理論計(jì)算表明，碳納米管的比表面積可在501315的較大范圍變化。多壁碳納米管由BET測(cè)定的表面積為1020，此值比石墨大但比多孔活性炭小。單壁碳納米管表面積

14、值要比多壁碳納米管大一個(gè)數(shù)量級(jí)。由于單壁碳納米管中間有一光滑、平直的空管，故其密度相當(dāng)?shù)?，僅為0.6，但其六角型管束的理論密度可達(dá)1.31.4。多壁碳納米管的密度隨其結(jié)構(gòu)變化，在12之間1。多壁碳納米管除了具有一維中空管結(jié)構(gòu)外，還具有大量的堆積孔結(jié)構(gòu)。多壁碳納米管中空管結(jié)構(gòu)在較小的中孔范圍，可引發(fā)毛細(xì)凝聚過程；而多壁碳納米管較大尺度的堆積孔將引發(fā)更為強(qiáng)烈的毛細(xì)凝聚。對(duì)于多孔體系的碳納米管，除了孔隙結(jié)構(gòu)決定其性能外，表面結(jié)構(gòu)也是決定其性能的重要指標(biāo)。碳納米管除了具有較大的比表面積外，還具有相當(dāng)高的比表面能，從而也賦予其一些特殊的物化性質(zhì)。碳納米管具有接近理想的一維中空管，顯示一定的結(jié)構(gòu)均勻性，也

15、具有不同形態(tài)和微環(huán)境的多維表面，顯示其結(jié)構(gòu)的不均勻性。不同類型表面的物理形態(tài)不同、化學(xué)微環(huán)境不同，因而具有不同的表面能量和不同的表面特性，也即具有結(jié)構(gòu)和能量的不均衡性。1.4碳納米管的純化碳納米管的純化方法分為物理純化法和化學(xué)純化法。物理方法主要是根據(jù)碳納米管與雜質(zhì)物理性質(zhì)的不同而進(jìn)行分離，例如形狀、比重、粒度等，可用的方法有超聲波降解、離心、沉積和過濾等方法分離雜質(zhì)碳與碳納米管。物理方法的缺陷是碳納米管和大部分雜質(zhì)均為碳，在性質(zhì)方面差異不明顯，目前除了過濾法可行外，通過其他方法很難獲得非常純凈的碳納米管?；瘜W(xué)方法主要是根據(jù)碳納米管與其它含碳雜志的化學(xué)穩(wěn)定性不同，利用氧化劑對(duì)碳納米管和碳納米顆

16、粒、無定形碳等雜志的氧化速率不同而逐步分離出來；碳納米顆粒、無定形碳、石墨碎片等較碳納米管容易氧化。常用的化學(xué)純化法為液相氧化法，液相純化法是利用氧化性酸與碳雜志顆粒進(jìn)行氧化反應(yīng)處理，得到純凈的碳納米管。常用的氧化性酸溶液有硝酸、混酸等。本實(shí)驗(yàn)使用的純化過的碳納米管和原始碳納米管由廠家直接購買，純化的碳納米管使用的純化方法為化學(xué)液相純化法。1.5碳納米管的活化碳納米管活化的方法有很多，常用的化學(xué)活化方法有KOH活化法和活化法。KOH活化法是以KOH為活化劑進(jìn)行活化研究，美國(guó)AMOCO公司研究發(fā)現(xiàn)，向煤和石油焦中加入KOH，活化后可得到比表面積為2500的高比表面積活性炭。日本大阪煤氣公司也以中

17、間相炭微球?yàn)樵?，?jīng)KOH活化后得到了比表面積高達(dá)4000的活性炭。在KOH活化方法中，需要考慮多種因素的影響，如下：(1)KOH的加入方式KOH的加入方式一般有兩種，一是通過簡(jiǎn)單的固固混合，使原料固體粉末與KOH粉末直接混合；二是先把KOH制成一定濃度的溶液，然后把原料放在溶液中，通過浸漬將KOH附載到原料上去。(2)活化溫度由于原料不同，最佳活化溫度會(huì)有差異。因此對(duì)于最佳活化溫度應(yīng)從具體原料入手。(3)活化時(shí)間產(chǎn)品的收率、比表面積、微孔容積與活化時(shí)間的長(zhǎng)短有直接的關(guān)系。在一定的條件下，隨著活化時(shí)間的增加，其比表面積、微孔容積也相應(yīng)的增加，達(dá)到一定的數(shù)值后，比表面積及微孔容積不再增加13。(

18、4)劑料比劑料比即活化劑與原料的質(zhì)量比，它對(duì)產(chǎn)品的性能影響極大。一般情況下，隨劑料比的增大，產(chǎn)品的比表面積增大，孔隙趨于發(fā)達(dá)，但到了一定程度后，增長(zhǎng)趨緩，甚至出現(xiàn)負(fù)增長(zhǎng)13。(5)原料粒徑原料粒徑的大小直接影響原料與活化劑接觸的充分與否。研究表明，原料粒徑越小，在相同的實(shí)驗(yàn)條件下，產(chǎn)品的孔結(jié)構(gòu)越發(fā)達(dá)?；罨ㄔ谖覈?guó)是最主要的生產(chǎn)活性炭的化學(xué)活化法，工業(yè)化已經(jīng)多年。影響活化的因素很多，與KOH活化大體相同，包括活化溫度、活化時(shí)間、粒徑、活化劑的加入方式及劑料比等。（本文采用化學(xué)活化法，以KOH為活化劑，對(duì)碳納米管進(jìn)行活化，研究活化后的碳納米管吸附甲基橙的能力，探究KOH活化的宏觀作用。）2碳納米管

19、的KOH活化實(shí)驗(yàn)2.1活化實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)碳納米管的比表面積對(duì)于其吸附能力具有重要的影響，所以在吸附實(shí)驗(yàn)進(jìn)行之前，先對(duì)碳納米管進(jìn)行活化處理，進(jìn)一步增大碳納米管的比表面積，提高其吸附能力。綜合當(dāng)前實(shí)驗(yàn)室的工作環(huán)境和設(shè)備，決定采用KOH化學(xué)活化方法。本次實(shí)驗(yàn)使用的碳納米管有兩種，分別是純化過的碳納米管和原始碳納米管，為了比較兩種碳納米管的吸附性能，同時(shí)進(jìn)行活化吸附對(duì)比，并且設(shè)置不同堿炭比活化對(duì)照組，目的是探究活化效果最好的堿炭比。實(shí)驗(yàn)設(shè)定的堿炭比分別為2、4、6和10。2.2儀器與試劑實(shí)驗(yàn)需要的儀器設(shè)備：SB-5200DTN超聲波清洗機(jī)，真空/氣氛管式爐，鼓風(fēng)干燥箱，電子天平，燒杯，玻璃攪拌棒，量筒，

20、膠頭滴管，研缽，石英舟，pH試紙。實(shí)驗(yàn)需要的試劑：氫氧化鉀，去離子水，純化的碳納米管，原始碳納米管，鹽酸。2.3實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及過程(1)配制質(zhì)量濃度為20%的KOH溶液，用電子天平稱量30g氫氧化鉀，再用燒杯稱量120g去離子水，將氫氧化鉀倒入裝有去離子水的燒杯中，快速攪拌，注意使用電子天平時(shí)需要預(yù)熱10分鐘，并且稱量前進(jìn)行去皮操作。(2)用電子天秤稱量1g的純化過的碳納米管，稱量4份，放入4個(gè)燒杯中，再用電子天平稱量1g的原始碳納米管，同樣稱量4份，放入4個(gè)燒杯中。(3)用電子天平分別稱量20%的KOH溶液10g、20g、30g、50g，每種重量稱量2份，將稱量好的KOH溶液倒入之前放置的8個(gè)裝

21、有碳納米管的燒杯中，用玻璃棒攪拌均勻。(4)對(duì)燒杯進(jìn)行標(biāo)記，標(biāo)記時(shí)用堿炭比區(qū)分，配置2、4、6、10堿炭比活化的對(duì)照組結(jié)束，燒杯中為純化過的碳納米管堿炭比為2、4、6、10四份和原始碳納米管堿炭比為2、4、6、10四份。(5)將配制好溶液放置在超聲波清洗機(jī)中，進(jìn)行超聲分散，時(shí)間為1h。(6)分散結(jié)束后，取出燒杯并放入鼓風(fēng)干燥箱中進(jìn)行干燥處理，溫度設(shè)定為100，干燥時(shí)間8h。(7)干燥結(jié)束后，將充分干燥的CNTs和KOH固體混合物取出，用研缽研磨此固體混合物，充分研磨。(8)將研磨后的CNTs和KOH固體混合物放在石英舟內(nèi)，再將石英舟放在真空管式爐中，管式爐參數(shù)設(shè)定如下：C1：20，T1：100

22、；C2：500，T2：30；C3：800，T3：30；C4：900，T4：60；C5：900，T5：121。參數(shù)意義是第一階段從室溫20開始加熱，經(jīng)過100分鐘溫度升高到500，第二階段從500開始經(jīng)過30分鐘溫度升高到800，第三階段從800開始經(jīng)過30分鐘溫度升高到900，第四階段是溫度不變保持在900加熱60分鐘，在加熱的整個(gè)過程中保持通入保護(hù)氣。(9)達(dá)到設(shè)定時(shí)間后，停止加熱，使?fàn)t子自然冷卻降到室溫，在冷卻過程中也要保持通入保護(hù)氣。(10)在爐溫降至室溫時(shí)，取出石英舟，將石英舟內(nèi)的CNTs和KOH固體混合物放入研缽中，充分研磨至粉末。(11)將粉末放入燒杯中，標(biāo)記。(12)配制體積濃度

23、為10%的鹽酸，倒入裝有KOH和碳納米管固體混合物的燒杯中，攪拌，浸泡24h。(13)浸泡結(jié)束后，用大量的去離子水洗至中性，放置于鼓風(fēng)干燥箱中干燥1小時(shí)。(14)取出干燥后的碳納米管放入研缽中，研磨成粉末后，放入袋中標(biāo)記并待用。2.4實(shí)驗(yàn)誤差分析本實(shí)驗(yàn)階段目的為制備經(jīng)過不同KOH堿炭比活化的純化碳納米管和原始碳納米管，預(yù)期目標(biāo)是得到堿炭比分別為2、4、6、10的純化過的碳納米管和堿炭比分別為2、4、6、10的原始碳納米管。由于儀器設(shè)備及操作會(huì)導(dǎo)致一定的誤差，導(dǎo)致結(jié)果會(huì)有一定的偏差，誤差分析如下：(1)配制KOH溶液時(shí)，使用電子天平稱量KOH固體時(shí)，由于電子天平本身具有誤差，從而導(dǎo)致稱量結(jié)果的誤

24、差。(2)電子天平的最小刻度為0.000001,用電子天平稱量碳納米管產(chǎn)生的稱量誤差。(3)配置KOH溶液時(shí)，KOH固定遇水放出大量的熱，導(dǎo)致去離子水蒸發(fā)，從而使KOH溶液的最終濃度產(chǎn)生誤差。3碳納米管吸附甲基橙實(shí)驗(yàn)3.1甲基橙吸附實(shí)驗(yàn)?zāi)康谋緦?shí)驗(yàn)階段的目的是對(duì)活化后的碳納米管進(jìn)行吸附性能測(cè)定，測(cè)定的吸附對(duì)象為甲基橙，實(shí)驗(yàn)中設(shè)置活性炭對(duì)照組，通過對(duì)甲基橙吸附實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析，得出不同堿炭比純化后的碳納米管、原始碳納米管和活性炭吸附性能的比較。3.2儀器與試劑實(shí)驗(yàn)需要的儀器設(shè)備有：光化學(xué)反應(yīng)儀，離心機(jī)，紫外可見分光光度計(jì)，試管攪拌子，試管，膠頭滴管，燒杯，量筒。實(shí)驗(yàn)需要的試劑有：甲基橙，去離子水，經(jīng)過

25、活化的純化碳納米管和原始碳納米管，活性炭。3.3實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及過程(1)用電子天平分別稱量0.002g的活化后堿炭比為2、4、6、10的純化碳納米管粉末、活化后堿炭比為2、4、6、10的原始碳納米管粉末和活性炭粉末，放置于9只試管中并標(biāo)記。(2)配制10的甲基橙溶液，用電子天平稱量0.005g的甲基橙，用量筒量取500mL的去離子水，將稱量好的甲基橙倒入裝有500mL的去離子水中，充分?jǐn)嚢枋辜谆瘸浞秩芙狻?3)用量筒量取15mL的甲基橙溶液倒入裝有活性炭的試管中，重復(fù)量取15mL倒入其他8只試管中。(4)加入試管攪拌子，將9只試管放到光化學(xué)反應(yīng)儀的試管槽中攪拌6小時(shí)。(5)取出光化學(xué)反應(yīng)儀中攪拌

26、結(jié)束的試管，利用攪拌子的磁性將試管內(nèi)的試管攪拌子依依取出。(6)將試管內(nèi)吸附結(jié)束的甲基橙溶液倒入離心機(jī)塑料管中，標(biāo)注并放入離心機(jī)，離心半個(gè)小時(shí)。(7)離心結(jié)束后，取出塑料管，用膠頭滴管吸取管中上清液至分光光度計(jì)專用玻璃皿中，標(biāo)記，另用膠頭滴管吸取去離子水和10的甲基橙溶液至兩只玻璃皿中以備分光光度計(jì)調(diào)零和測(cè)量使用。(8)開起紫外可見光分光光度計(jì)，使設(shè)備預(yù)熱30分鐘。(9)打開電腦中的軟件程序，連接儀器，設(shè)置最大吸光波長(zhǎng)為465nm，先放入事先準(zhǔn)備好的裝有去離子水的玻璃皿進(jìn)行調(diào)零。(10)調(diào)零結(jié)束后，依次放入玻璃皿進(jìn)行光度測(cè)量，拿放玻璃皿時(shí)應(yīng)注意手指拿取玻璃皿的麻面，避免碰臟光度測(cè)量面，最后得到

27、吸附數(shù)據(jù)結(jié)果如表3.1。表3.1 吸附甲基橙溶液的質(zhì)量濃度樣 品甲基橙質(zhì)量濃度（mg/L）甲基橙0.783純CNTs(2)0.366純CNTs(4)0.006純CNTs(6)0.016純CNTs(10)0.240活性炭0.041原CNTs（2）0.361原CNTs（4）0.016原CNTs（6）0.041原CNTs（10）0.401(11)關(guān)閉儀器設(shè)備，用無水乙醇清洗玻璃皿。3.4數(shù)據(jù)分析及實(shí)驗(yàn)結(jié)論根據(jù)表3.1中數(shù)據(jù)進(jìn)行甲基橙吸附量的計(jì)算。甲基橙吸附量計(jì)算方法如下： （3.1） 式中：Q為碳納米管對(duì)甲基橙的吸附量（）；為甲基橙溶液的質(zhì)量濃度（）；為吸附后甲基橙溶液的質(zhì)量濃度（）；V為加入甲基橙

28、的體積（L）；為加入碳納米管的的質(zhì)量（g）。將表3.1中數(shù)據(jù)帶入公式得到各堿炭比的碳納米管的甲基橙吸附量及活性炭的甲基橙吸附量，計(jì)算結(jié)果如表3.2。表3.2 樣品甲基橙吸附量樣 品對(duì)甲基橙的吸附量（mg/g）活性炭5.5650純CNTs(2)3.1275純CNTs(4)5.8275純CNTs(6)5.7525純CNTs(10)4.0725原CNTs（2）3.1650原CNTs（4）5.7525原CNTs（6）5.5650原CNTs（10）2.8650根據(jù)表3.1中數(shù)據(jù)進(jìn)行甲基橙去除率的計(jì)算。計(jì)算甲基橙去除率公式為： （3.2）其中：是甲基橙去除率；為甲基橙溶液的質(zhì)量濃度（）；為吸附后甲基橙溶液

29、的質(zhì)量濃度（）。將表3.1中數(shù)據(jù)帶入公式得到各堿炭比的碳納米管的甲基橙去除率及活性炭的對(duì)甲基橙的去除率，計(jì)算結(jié)果如表3.3。表3.3 樣品甲基橙去除率樣 品甲基橙的去除率活性炭94.76%純CNTs(2)53.26%純CNTs(4)99.23%純CNTs(6)97.95%純CNTs(10)69.35%原CNTs（2）53.89%原CNTs（4）97.95%原CNTs（6）94.76%原CNTs（10）48.79%通過表3.1中純化后的碳納米管和原始碳納米管吸附甲基橙數(shù)據(jù)結(jié)果對(duì)比，明顯可以看出經(jīng)過純化處理的碳納米管的吸附效果比原始碳納米管更好，證明純化處理可以有效去除碳納米管中的雜質(zhì)碳，提高碳納

30、米管的純度，從而提高碳納米管的吸附性能?；罨幚韺?shí)驗(yàn)方面得出的結(jié)論是，經(jīng)過不同堿炭比KOH活化方法處理的碳納米管吸附性能有著很大的差異，在純化過的碳納米管堿炭比2、4、6、10活化組中，堿炭比為4、6的活化組明顯好于其它活化組，甲基橙去除率分別達(dá)到了99.23%和97.95%，在原始碳納米管堿炭比2、4、6、10活化組中，堿炭比為4、6的活化組的甲基橙去除率也達(dá)到了97.95%和94.76%，因此可以得出結(jié)論，進(jìn)行活化處理時(shí)，堿炭比為4和6的明顯好于其他堿炭比對(duì)照組，其中堿炭比為4的活化組的甲基橙去除率達(dá)到了99.23%，所以碳納米管在進(jìn)行KOH化學(xué)方法進(jìn)行活化處理時(shí)，4為KOH和CNTs的最

31、佳堿炭比。碳納米管與活性炭的吸附能力可以從表3.3中數(shù)據(jù)可以看出，活性碳的甲基橙去除率已經(jīng)達(dá)到了94.76%，這證明了活性炭強(qiáng)大的吸附能力，而碳納米管對(duì)甲基橙的去除率隨著活化過程中KOH與碳納米管的堿炭比的不同而發(fā)生著變化，其中堿炭比為4和6的活化組，無論是純化過的碳納米管，還是原始碳納米管，它們對(duì)甲基橙的去除率都超過了活性炭，其中純化過的堿炭比為4的碳納米管活化組對(duì)甲基橙的去除率達(dá)到了99.23%，由此可以看出，雖然碳納米管本身的吸附能力不足以和活性炭相比，但是經(jīng)過適當(dāng)?shù)募兓幚砗突罨幚砗?，其吸附性能將?huì)大大超過活性炭。4其它因素對(duì)甲基橙吸附的影響碳納米管的吸附能力不僅僅受純化工藝和活化工

32、藝的影響，其它因素如震蕩時(shí)間、碳納米管使用量、溫度、pH等都可能不同程度的影響著碳納米管對(duì)甲基橙的吸附效果，為了探究其他其它因素對(duì)甲基橙吸附效果的影響，綜合現(xiàn)有條件補(bǔ)充以下2個(gè)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行深入研究，分別為震蕩時(shí)間和碳納米管用量對(duì)甲基橙吸附效果的影響。實(shí)驗(yàn)樣品選擇純化過的并且經(jīng)過KOH堿炭比4活化處理的碳納米管，即前面吸附效果最好的碳納米管。4.1震蕩時(shí)間對(duì)吸附效果的影響為了探究震蕩時(shí)間對(duì)甲基橙吸附效果的影響，并且找到最佳震蕩時(shí)間，在原有的震蕩時(shí)間6小時(shí)的基礎(chǔ)上，另外增設(shè)震蕩時(shí)間分別為4小時(shí)、5小時(shí)、7小時(shí)和8小時(shí)的不同時(shí)間對(duì)照組。具體過程如下：(1)用電子天平稱量0.002g碳納米管，稱量5份分別

33、放置于5只試管中。(2)放入試管攪拌子，并標(biāo)記，標(biāo)記時(shí)用震蕩時(shí)間進(jìn)行區(qū)分。(3)啟動(dòng)光化學(xué)反應(yīng)儀，用量筒量取10的甲基橙溶液15mL，倒入標(biāo)記為8小時(shí)的試管中，并放如光化學(xué)反應(yīng)儀中進(jìn)行震蕩并開始計(jì)時(shí)。(4)之后每過一小時(shí)放入一只試管，方法同上，直到5只試管全部震蕩。(5)震蕩結(jié)束后，從光化學(xué)反應(yīng)儀中取出試管，吸出試管中的攪拌子，倒入離心機(jī)中的塑料管中，標(biāo)記并開始離心，時(shí)間設(shè)置為30分鐘。(6)離心結(jié)束后，用膠頭滴管吸取上清液至玻璃皿中，再放入紫外可見分光光度計(jì)中，進(jìn)行光度測(cè)量實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)過程中需要特別注意的是，為了保證實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性，5只試管最后必須同時(shí)取出，所以不能將5只試管同時(shí)放入光化學(xué)反應(yīng)儀

34、中，再根據(jù)相應(yīng)時(shí)間取出。實(shí)驗(yàn)得出的數(shù)據(jù)如表4.1。表4.1 不同震蕩時(shí)間甲基橙的吸附量樣 品甲基橙的質(zhì)量濃度（mg/L）甲基橙0.783純CNTs（4）4h0.091純CNTs（4）5h0.080純CNTs（4）6h0.006純CNTs（4）7h0.006純CNTs（4）8h0.007將表4.1中數(shù)據(jù)帶入公式（3.2），得出甲基橙去除率如表4.2。表4.2 甲基橙的去除率樣 品甲基橙的去除率純CNTs（4）4h88.37%純CNTs（4）5h89.78%純CNTs（4）6h99.23%純CNTs（4）7h99.23%純CNTs（4）8h99.10%對(duì)比表4.2中各時(shí)間甲基橙去除率可知，在達(dá)到碳

35、納米管的吸附峰值之前，對(duì)甲基橙的吸附一直在進(jìn)行，在5小時(shí)左右達(dá)到近90%的甲基橙去除率，在6小時(shí)候左右達(dá)到甲基橙去除率的峰值99.23%，之后繼續(xù)震蕩，甲基橙的去除率變化不大，所以實(shí)驗(yàn)中將震蕩時(shí)間設(shè)為6小時(shí)。4.2碳納米管用量對(duì)吸附效果的影響碳納米管的用量不同對(duì)甲基橙吸附效果的影響也不同，為了探究碳納米管用量對(duì)甲基橙吸附的影響，現(xiàn)在在原用量的基礎(chǔ)上增設(shè)0.001g、0.003g、0.004g、0.005g四個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)照組。具體過程如下:(1)用電子天平分別稱量0.001g、0.002g、0.003g、0.004g、0.005g碳納米管，分別放入5只試管中。(2)放入試管攪拌子并標(biāo)記，標(biāo)記時(shí)根據(jù)碳

36、納米管用量不同進(jìn)行區(qū)分。(3)用量筒量取10的甲基橙溶液15mL，倒入試管中，重復(fù)量取4次。(4)開啟光化學(xué)反應(yīng)儀，將5只試管放入儀器中開始攪拌，攪拌6小時(shí)。(5)震蕩結(jié)束后，從光化學(xué)反應(yīng)儀中取出試管，吸出試管中的攪拌子，倒入離心機(jī)中的塑料管中，標(biāo)記并開始離心，時(shí)間設(shè)置為30分鐘。(6)離心結(jié)束后，用膠頭滴管吸取上清液至玻璃皿中，再放入紫外可見分光光度計(jì)中，進(jìn)行光度測(cè)量實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)得出的數(shù)據(jù)如表4.3。表4.3 不同碳納米管用量的甲基橙吸附量樣 品甲基橙的質(zhì)量濃度（mg/L）甲基橙0.783純CNTs（4）0.001g0.599純CNTs（4）0.002g0.006純CNTs（4）0.003g0

37、.005純CNTs（4）0.004g0.003純CNTs（4）0.005g0.001將表4.3中數(shù)據(jù)帶入公式（3.2），得出甲基橙去除率如表4.4。表4.4 甲基橙去除率樣 品甲基橙的去除率純CNTs（4）0.001g23.50%純CNTs（4）0.002g99.23%純CNTs（4）0.003g99.36%純CNTs（4）0.004g99.62%純CNTs（4）0.005g99.87%由表4.4中甲基橙去除率可知，隨著碳納米管用量的增加，甲基橙的去除率在升高，在碳納米管用量為0.002g的時(shí)候甲基橙的去除率達(dá)到99.23%，之后隨著用量的增加，甲基橙去除率變化不大，可以將碳納米管用量為0.0

38、02g時(shí)候的甲基橙去除率99.23%近視作為甲基橙吸附的最佳用量，因此吸附實(shí)驗(yàn)中將碳納米管的用量定為0.002g。5結(jié)論本文主要對(duì)于碳納米管的吸附性能進(jìn)行了研究，首先對(duì)純化過的碳納米管和原始碳納米管進(jìn)行KOH活化實(shí)驗(yàn)處理，通過設(shè)置不同KOH和碳納米管的堿炭比活化對(duì)照組，研究了KOH和碳納米管的堿炭比對(duì)碳納米管活化效果的影響，并且得出了進(jìn)行KOH活化處理的KOH和碳納米管的最佳堿炭比，研究了純化工藝對(duì)碳納米管的吸附能力的影響，研究了其他因素如震蕩時(shí)間和碳納米管使用量對(duì)甲基橙吸附效果的影響。本次研究通過實(shí)驗(yàn)操作、觀察、數(shù)據(jù)分析與討論，得到的結(jié)論如下：(1)經(jīng)過純化工藝處理的碳納米管對(duì)甲基橙的吸附能

39、力比原始碳納米管更好，證明純化工藝處理可以有效去除碳納米管中的碳納米顆粒、無定形碳、石墨碎片等雜質(zhì)碳，極大程度提高了碳納米管的純度，從而提高碳納米管的吸附性能。因此，碳納米管的純度對(duì)碳納米管的吸附性能具有很大的影響。(2)通過對(duì)甲基橙吸附實(shí)驗(yàn)得出的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算和數(shù)據(jù)分析，可以得出碳納米管的在進(jìn)行KOH活化工藝處理時(shí)的最佳KOH和碳納米管的堿炭比，最佳堿炭比為4，在此堿炭比下進(jìn)行活化的碳納米管的吸附性能明顯強(qiáng)于其它堿炭比下活化的碳納米管。(3)實(shí)驗(yàn)操作中設(shè)置了活性炭吸附甲基橙對(duì)照組，通過甲基橙吸附結(jié)果對(duì)照可知，0.002g活性炭吸附15mL的10的甲基橙溶液，甲基橙的去除率達(dá)到了94.7

40、6%，等量的碳納米管的吸附數(shù)據(jù)顯示，在KOH和碳納米管堿炭比為4和6活化處理下的碳納米管對(duì)照組甲基橙的去除率均超過了94.76%，其中最佳堿炭比下活性的純化過的碳納米管對(duì)照組的甲基橙去除率達(dá)到了99.23%，甲基橙近似于完全吸附?？梢?，原始碳納米管的吸附能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如活性炭，但是經(jīng)過了純化和活化工藝處理后，碳納米管的吸附能力有了質(zhì)的飛躍，吸附能力超越了當(dāng)前被廣泛應(yīng)用的吸附材料活性炭。(4)研究了其他因素對(duì)甲基橙吸附效果的影響，通過對(duì)不同震蕩時(shí)間下碳納米管對(duì)甲基橙吸附數(shù)據(jù)分析得出，隨著震蕩時(shí)間的增長(zhǎng)，碳納米管對(duì)甲基橙的去除率不斷升高，在6小時(shí)的時(shí)候甲基橙的去除率達(dá)到99.23%，之后繼續(xù)增加震蕩時(shí)

41、間，甲基橙的去除率變化不大，因此碳納米管吸附甲基橙的最佳震蕩時(shí)間為6小時(shí)。通過對(duì)不同碳納米管用量得出的甲基橙吸附數(shù)據(jù)分析，隨著碳納米管的用量的增加，碳納米管對(duì)甲基橙的去除率也在不斷升高，在用量為0.002g時(shí)碳納米管的去除率達(dá)到99.23%，之后繼續(xù)增加碳納米管的用量，甲基橙的去除率變化不大。這次研究對(duì)于我本人而言，是一個(gè)開發(fā)個(gè)人潛質(zhì)、鍛煉自身能力的機(jī)會(huì)，全身心的投入到實(shí)驗(yàn)研究之中，并且也樂在其中。實(shí)驗(yàn)過程中，使我養(yǎng)成了嚴(yán)謹(jǐn)?shù)淖鍪聭B(tài)度，一個(gè)小小的操作失誤都會(huì)對(duì)后續(xù)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果造成嚴(yán)重的影響，這嚴(yán)謹(jǐn)?shù)奶幨聭B(tài)度一定會(huì)相隨我一生。致謝非常感謝王志老師和各位學(xué)長(zhǎng)在我大學(xué)的最后學(xué)習(xí)階段畢業(yè)設(shè)計(jì)階段給自己的

42、指導(dǎo)，從最初的定題，到資料收集，到寫作、修改，到論文定稿，她們給了我耐心的指導(dǎo)和無私的幫助。為了指導(dǎo)我們的畢業(yè)論文，他們放棄了自己的休息時(shí)間，他們的這種無私奉獻(xiàn)的敬業(yè)精神令人欽佩，在此我向他們表示我誠摯的謝意。同時(shí)，感謝所有任課老師和所有同學(xué)在這四年來給自己的指導(dǎo)和幫助，是他們教會(huì)了我專業(yè)知識(shí)，教會(huì)了我如何學(xué)習(xí)，教會(huì)了我如何做人。正是由于他們，我才能在各方面取得顯著的進(jìn)步，在此向他們表示我由衷的謝意，并祝所有的老師培養(yǎng)出越來越多的優(yōu)秀人才，桃李滿天下。 通過這一階段的努力，我的畢業(yè)論文終于完成了，這意味著大學(xué)生活即將結(jié)束。在大學(xué)階段，我在學(xué)習(xí)上和思想上都受益非淺，這除了自身的努力外，與各位老師、同學(xué)和朋友的關(guān)心、支持和鼓勵(lì)是分不開的。 在本論文的寫作過程中，我的指導(dǎo)師