碳纳米管吸附性能研究进展

纳米材料被誉为2 1世纪的重要材料是构成未来智能社会的四大支柱之一。具有良好发展前景的碳纳米管在各个领域中的应用已引起科学家的普遍关注。碳纳米管虽已实现规模化生产, 但价格相当昂贵若能进一步降低成本, 其市场容量相当可观。[1]

自从1991年日本NEC公司的Iijima发现碳纳米管并批量生产以来, 这种新型的纳米材料在性能和应用方面得到了广泛的研究。根据形成条件的不同, 碳纳米管 (C N T可分为多壁碳纳米管 (MWNTs) 和单壁碳纳米管 (SWNTs) 两种形式。MWNTs一般是由呈六边形排列的碳原子构成的数层到数十层同轴圆筒, 其典型的直径为2 n m~3 0 n m长度为几百纳米到几十微米不等, 黑色粉末状的固体。由于碳纳米管的独特物理化学性能, 如独特的金属或半导体导电性、极高的机械强度、良好的吸附性能和较强的微波吸收能力, 而日益受到人们的重视。它不仅在材料科学和分析化学中得到了广泛的应用, 而且由于碳纳米管有较大的比表面, 还是很好的吸附材料。

采用化学气相沉积法制备了定向碳纳米管薄膜, 定向性好。催化化学气相沉积法具有设备简单、操作简便的特点, 可以高效率的制备碳纳米管。[1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15]

1 分类详述

1.1 对氢气等气体的吸附

姚运金等以F e/S i O2为催化剂, 采用化学沉积法裂解乙炔制备了多壁碳纳米管。研究了预处理对碳纳米管储氢性能的影响。[3]章永凡等采用密度泛函方法对氢原子在 (5, 5) 椅型碳纳米管上的吸附进行了研究, 分别考察了氢原子覆盖度为5%和1 0%时的构型和吸附能。[4]

乔吉超等介绍了单壁碳纳米管和多壁碳纳米管对氢气的吸附实验和模拟计算研究进展;综述了该领域的最新研究成果;讨论了碳纳米管储氢性能的可行性和应用前景。[2]

碳纳米管作为氢气等的能源储备物质, 有很大的发展前景。[15]

研究了对氙气的吸附。研究了对氮气的吸附。

1.2 对有机物的吸附

Wei Chen等研究了极性和非极性有机化合物在碳纳米管上的吸附。

研究了单壁碳纳米管对多环芳烃的吸附。研究了有机物在小管径碳纳米管上的吸附。研究了甲烷和氪在单壁碳纳米管上的吸附。

使用碳纳米管去除苯胺。研究了纯化和未纯化的碳纳米管对苯胺的吸附, 同时考察了苯胺的浓度、吸附时间、溶液的p H值、温度等因素对吸附的影响。[6]

研究了不同粘土矿物和碳纳米管 (CNTs) 吸附去除水体中微囊藻毒素 (Microcystins, MCs) 的作用。[7]

测定了不同温度下碳纳米管对水溶液中对硝基苯胺和N, N-二甲基苯胺的吸附等温线, 探讨了其吸附热力学特性和机理.

苯酚及取代酚在碳纳米管上的吸附研究。研究了水溶液中碳纳米管 (C N T s) 吸附苯酚、对甲酚和对甲氧基苯酚的热力学特性, 测定了不同温度下的吸附等温线, 并探讨了其可能的吸附机理。[9]

碳纳米管对苯酚和α2萘酚的吸附研究。研究了2 0℃时碳纳米管对苯酚和α-萘酚的吸附, 测定了不同浓度下碳纳米管对它们的吸附量, 并采用L a n g m u i r方程进行拟合, 根据1 H质子宽线氢谱和热重分析对吸附结果进行了探讨。[10]

1.3 对无机离子的吸附

碳纳米管对水中氟离子和重金属离子Pb 2+的吸附取得了满意的效果。[10]裘凯栋等针对用碳纳米管对水溶液中六价铬的吸附净化进行了研究, 考察了溶液浓度、溶液p H值、共存的三价铬离子等因素对吸附行为的影响.实验结果表明, 碳纳米管在室温下对于六价铬的吸附量随着平衡浓度的增大而升高, 在铬浓度493.557mg·L-1时碳纳米管吸附量达到最大值为532.215mg·g-1。[11]曾卫环等采用几种不同来源的碳纳米管进行铅离子的吸附实验, 并用活性炭进行对比实验, 从管径、比表面积、孔体积等几个方面分析不同来源碳纳米管吸附量差异的原因, 考察对碳纳米管吸附量的影响。[12]采用硝酸浸泡氧化方法改性碳纳米管, 用于吸附水溶液中F e 3+的实验研究, 用分光光度法进行测定。结果表明, 改性碳纳米管吸附去除F e 3+效能较未改性的碳纳米管有显著的提高。[13]殷海青论述了C N T材料对污水中重金属离子的吸附、p H对吸附作用的影响和C N T材料的可重复使用性。[14]

2 结论或展望

碳纳米管对很多物质有一定的吸附能力, 作为药物载体在医学方面, 作为吸附剂在处理环境污染方面很有发展前景。其光学性能, 在信息技术方面的应用也很有前景。

摘要：碳纳米管因其优良的物理化学性能受到了很大的关注, 本文主要总结碳纳米管对氢气、有机物及无机离子的吸附, 总结碳纳米管吸附性能的应用及发展前景。

关键词：碳纳米管,吸附,氢气,有机物,离子

参考文献

[1] 刁海燕.国际化工信息.2006, 3:1～3

[2] 乔吉超, 胡小玲, 管萍, 等.化工进展, 2006, 3.

[3] 姚运金, 张素平, 颜涌捷.华东理工大学学报, 2006, 32: (11) 1297～1330.

[4] 章永凡, 李奕, 贾桂霄, 等.化学学报, 2005, 63 (7) :581～586.

[5] 程锦荣, 袁兴红, 赵敏, 等.计算物理, 2005, 22 (1) :71～76.

[6] 耿成怀, 成荣明, 徐学诚, 等.应用化学, 2004, 21 (7) :737～739.

[7] 闫海, 李贤良, 孙建新.环境科学.2004, 1:92～94.

[8] 耿成怀, 成荣明, 徐学诚, 等.华东师范大学学报 (自然科学版) , 2005, 5-6:138～142.

[9] 孙明礼, 成荣明, 徐学诚, 等.化学研究与应用, 2006, 18 (1) :13～16

[10] 孙明礼, 孔旭新, 于华荣, 等.化学世界, 2005, 10:580～687.

[11] 裘凯栋, 黎维彬.物理化学学报, 2006, 22 (12) :1542～1546.

[12] 曾卫环, 王红娟, 彭峰.广东化工, 2005, 1:4.

[13] 杨迎春, 张丽, 冉静, 等.环境科学与技术, 2006, 1:1～2, 39.

[14] 殷海青.青海科技, 2005, 5:44～46.

[15] Junichi Miyamoto, Yoshiyuki Hattori, Daisuke Noguchi, Hideki Tanaka, Tomonori Ohba, Shigenori Utsumi, Hirofumi Kanoh, Yoong Ahm Kim, Hiroyuki Muramatsu, Takuya Hayashi, Morinobu Endo, and Katsumi Kaneko.J.Am.Chem.Soc.2006, 128 (39) :12636～12637.