改性碳纳米管吸附重金属离子开题报告.doc

齐鲁工业大学毕业设计（论文）开题报告课题名称改性碳纳米管吸附重金属离子课题类型实验研究导师姓名学生姓名学号专业班级高分子10-1一、课题内容 碳纳米管作为一种新型的纳米碳材料，由十其独特的物理化学性能以及在众多领域的潜在应用价值，自发现以来便受到了人们的广泛关注，成为纳米材料领域研究的一个新热点。碳纳米管因其独特的结构和优异的物理化学性能，具有广阔的应用前景和巨大的商业价值。本文采用次氯酸钠氧化方法改性多壁碳纳米管，研究了其对水溶液中重金属离子的吸附叶质。二、课题的目的和意义课题设计的目的就是要培养学生综合应用各种专业知识解决改性碳纳米管吸附重金属离子实际问题的能力；培养学生实事求是、耐心细致及严谨年过的负责的工作作风；培养学生如何运用所学的专业知识，和利用其他途径获取相关知识，来独立完成一项实验的能力。这次设计不仅有利于提高自己快速查阅有效信息、将所掌握的知识和信息应用于实践的能力；同时还能培养学生独立思考、独立工作的能力。使学生认识到遵守国家法规政策，关注经济形势，培养良好的集体合作精神等，是完成实际工作所必不可少的，并使学生走向社会后能够尽快地适应迅猛发展的科学技术对人才的需求。碳纳米管可以看作是由石墨碳六兀环网状平面卷成筒状时所形成的管状物质，即完全由毕2sp杂化的碳原子构成其管状层，类似十石墨内部片层结构(图1-1) o自从碳纳米管这种新型材料问世以来，它所拥有的特殊性能已经从多个方面得到印证，具有难以估量的应用潜力和发展前景。它的发现在材料科学领域具有深远的影响，基十其纳米尺度的中空管状结构、特殊的电磁性能、卓越的强度和弹性等特性，近年来在多个相关学科领域，关十碳纳米管的研究方兴未艾。研究改性碳纳米管对重金属离子的吸附可以减少环境中的重金属离子的含量，本实验对以后治理环境污染，处理工业用的废水中的重金属离子具有重大的意义，对中国的环保事业具有积极的影响。目前研究较多的是对单一金属离子的吸附，往往对单一离子吸附效果好的条件并不一定适应其他金属离子，因此应加大对多种离子共存情况下尤其是工业废水中高含量的共存离子吸附机理、性能研究。改性材料具有价格低廉、吸附量大、处理效率高的优点。因此，系统深入地研究活性炭跟碳纳米管的改性方法、改性机理、结构、性能及其在废水处理中的应用，使改性材料在环境污染治理中具有更广阔的应用。三、碳纳米管在国内外研究现状及发展情况纳米材料由于其尺寸处在原子簇和宏观物体交界的过渡区域，具有量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应等特性，展现出许多独特的物理化学性质。20世纪80年代初期纳米材料这一概念形成以后，世界各国都给予了极大关注。它所具有的独特性质，给物理、化学、材料、生物、医药等领域的研究带米新的机遇。目前，各国在实验上对碳纳米管的研究方兴未艾，并都取得了一定的成就，美国发明了纳米秤，日本制成了铂填充的碳纳米管，德国制备出直径为lnm的碳纳米管。我国个别研究成果虽然走在了世界最前沿，如合成出世界最长的碳纳米管、高质量碳纳米管储氢的研究等，但在纳米科技领域的总体水平与美日欧相比，差距还很大。 各国主要面临以下两个共同问题，使得碳纳米管不能真正得到工业应用。如何实现高质量碳纳米管的连续批量工业化生产。碳纳米管制备现状大致是：多壁碳纳米管能较大量生产，单壁碳纳米管多数处于实验室研制阶段，某些制备方法得到的碳纳米管生长机理还不明确，对碳纳米管的结构(管径、管长、螺旋度、壁厚、管表面石墨碳的结晶度等)还不能做到任意调节和控制，影响碳纳米管的产量、质量及产率的因素太多(如催化剂颗粒的大小、碳源的种类、温度、混合气体的种类及比例等)，使制得的碳纳米管都存在杂质高、产率低等缺点，还没有高效的纯化碳纳米管的方法。如何更深入研究碳纳米管实际应用问题。例如，在常温常压下如何解析氢气及加快其储氢放氢速度。如何提高碳纳米管吸附容量的稳定性和吸附压力的敏感性。再如，怎样才能制备出性能更为优异或能预期其性能的碳纳米管复合材料。要解决这些共同难题，就需要研究人员们一方面突破技术关键，进一步研究开发新的、成本低廉、适合于大规模生产碳纳米管的技术，通过建模和模拟来加强生长现象与机理研究；另一方面继续深入研究其应用，把碳纳米管与各个领域结合起来，充分发挥其自身优异的特性。 另外，最近碳纳米管又出现一新的研究方向，即碳纳米管薄膜的润湿性，已有很多学者对其润湿性作出了大量研究。Jiang等11 用平板印刷术和等离子体刻蚀技术相结合，制备了具有特殊几何形貌的硅基底，并用化学气相沉积法在其上面沉积了具有立体各向异性微结构阵列碳纳米管薄膜。研究表明，在不改变薄膜表面的化学组成的情况下，仅仅改变结构参数，薄膜能从超亲水变化到超疏水，这种现象是由于横向和纵向碳纳米管阵列结构的共存即立体各向异性微结构所引起的。纵向的碳纳米管阵列提供了疏水的贡献，而横向的碳纳米管阵列提供了亲水性的贡献，并有利于水滴的铺展。横向和纵向碳纳米管阵列组合方式的改变导致了其薄膜特殊的润湿性性质。Lau等 12 用PECVD方法获得了准直生长的碳纳米管森林，然后 通过HFCVD的方法用PTFE对其进行了表面修饰，获得了稳定的超疏水表面，液滴可以在其上面自由跳跃直至脱离。Li等13以酞菁络合物为原料，采取高温裂解的方法制备了具有相当均匀长度和外径的阵列碳纳米管薄膜，研究表明，未经处理的阵列碳纳米管薄膜是超疏水和超亲油的，经过氟化(FAS)修饰以后的碳纳米管薄膜表现出了既疏水又疏油的性质，正是纳米结构的存在导致了该表面的超双疏性质。这一发现为超双疏表面界面材料提供了新的思路。 我们应该看到，目前所得到的碳纳米管缺陷较多，且不易分散，这大大限制了碳纳米管的性质研究和应用研究。所以对碳纳米管制备方法的研究显得尤为重要。另外，纳米尺寸的测量手段也须进一步加强。总之，随着碳纳米管研究的逐步深入以及纳米科技的快速发展，纳米碳材料将会对全世界的科学和经济产生重大的影响。要解决这些共同难题，就需要研究人员们一方面突破技术关键，进一步研究开发新的、成本低廉、适合于大规模生产碳纳米管的技术，通过建模和模拟来加强生长现象与机理研究；另一方面继续深入研究其应用，把碳纳米管与各个领域结合起来，充分发挥其自身优异的特性。另外，最近碳纳米管又出现一新的研究方向，即碳纳米管薄膜的润湿性，已有很多学者对其润湿性作出了大量研究。Jiang等11用平板印刷术和等离子体刻蚀技术相结合，制备了具有特殊几何形貌的硅基底，并用化学气相沉积法在其上面沉积了具有立体各向异性微结构阵列碳纳米管薄膜。研究表明，在不改变薄膜表面的化学组成的情况下，仅仅改变结构参数，薄膜能从超亲水变化到超疏水，这种现象是由于横向和纵向碳纳米管阵列结构的共存即立体各向异性微结构所引起的。纵向的碳纳米管阵列提供了疏水的贡献，而横向的碳纳米管阵列提供了亲水性的贡献，并有利于水滴的铺展。横向和纵向碳纳米管阵列组合方式的改变导致了其薄膜特殊的润湿性性质。Lau等12用PECVD方法获得了准直生长的碳纳米管森林，然后通过HFCVD的方法用PTFE对其进行了表面修饰，获得了稳定的超疏水表面，液滴可以在其上面自由跳跃直至脱离。Li等13以酞菁络合物为原料，采取高温裂解的方法制备了具有相当均匀长度和外径的阵列碳纳米管薄膜，研究表明，未经处理的阵列碳纳米管薄膜是超疏水和超亲油的，经过氟化(FAS)修饰以后的碳纳米管薄膜表现出了既疏水又疏油的性质，正是纳米结构的存在导致了该表面的超双疏性质。这一发现为超双疏表面界面材料提供了新的思路。我们应该看到，目前所得到的碳纳米管缺陷较多，且不易分散，这大大限制了碳纳米管的性质研究和应用研究。所以对碳纳米管制备方法的研究显得尤为重要。另外，纳米尺寸的测量手段也须进一步加强。总之，随着碳纳米管研究的逐步深入以及纳米科技的快速发展，纳米碳材料将会对全世界的科学和经济产生重大的影响。四、调研资料的准备通过网络了解当前改性碳纳米管的制备、重金属离子的种类、改性碳纳米管对重金属离子的吸附的效果、碳纳米管的获取途径等。五、课题研究方法及技术路线1 次氯酸钠对多壁碳纳米管的改性2 改性碳纳米管的表征3 改性多壁碳纳米管对铜离子的吸附4 改性多壁碳纳米管对镍离子的吸附5 镍离子和铜离子在m-MWCNT上吸附性能的比较六、时间安排整个设计预定为15周。准备阶段：第1-2周，查阅资料，完成开题报告。实验阶段：第3-4周，广泛收集资料。第58周，深入学习有关资料，理清整个课题设计中的各个步骤及设计中可能遇到的问题，并写出一份初步的设计论文。完成阶段：第9-11周，整理资料，得出成果。第12-15周，完成实验，得出数据，准备答辩。七、预期成果及表现形式通过对改性碳纳米管的了解与实验中所得到的实验数据，得出改性碳纳米管对重金属离子的吸附能力，并写出一篇合格的毕业论文。八、主要参考资料1 中国知网2 中国化工网3 中国化学化工工业前景展望，化学出版社，20064 刘泊良，改性碳纳米管吸附重金属离子硕士论文，河南工业大学5 马士军。微生物絮凝剂的开发及应用J。工业水处理，1997,12(1)6 白庚辛；化工百科全书，北京：化学工业出版社，1994，（7）：4972 7 纳米碳管对MWPCVD过程增强金刚石形核的影响J.新技术新工艺,2000(6):56-59.8 化学学报 2014，72（3）9 朱绍文，贾志杰，李钟泽，等.碳纳米管及其应用前景J科技导报，1999，12:7910 梁勇，战可涛.纳米碳管的研究发展概况J.粉体技术，1998(4):68-73.11 朱宏伟，徐才录，等碳纳米管表面处理对储氢性能的影响J碳素技术，2000，4(4)：12 吕德义，徐铸德，等碳纳米管作为载体在邻硝基甲苯多相催化加氢中的应用J浙江工业大学学报，2002，30(5)：46413 林丽，曹旭妮，等碳纳米管修饰电极用于高效液相色谱对全血中巯基化合物的测定J分析化学，2003，31(3)：26114 陈小华，颜永红，等NiCo合金包覆碳纳米管的研究J微细加工技术，1999，2：1715 王曙光，李延辉，等碳纳米管负载氧化铝及其吸附水中的氟离子J科学通报，2002，47(1)：14 16 余颖，曾艳，等碳纳米管对三元乙丙橡胶性能的影响口弹性体，2002