碳纳米管的吸附作用与应用专题讲座PPT.ppt

碳纳米管的吸附作用及其应用 制作人 杜俊辉何晓寒 摘要 什么是碳纳米管材料什么时候发现 怎样制备碳纳米管怎么样的结构决定吸附碳纳米管的应用资料和信息 什么是是纳米管材料 碳纳米管 cnts 又称巴基管 是一种有特殊结构和性质的新型材料 管的外径尺寸一般在几纳米到几十纳米 内径更小 有的只有1纳米左右 多壁碳纳米管 单壁碳纳米管 又称富勒管 fullerenestubes 由一层石墨烯片组成 直径和长度分别为0 75 3nm和1 50 m 含有多层石墨烯片 层数从2 50不等 层间距为0 34 0 01nm 典型的直径和长度分别为2 30nm和0 1 50 m 单壁和多壁碳纳米管 碳纳米管的发现过程 1985年发现了巴基球 c60 柯尔 克罗托和斯莫利在模拟宇宙长链碳分子的生长研究中 发现了与金刚石 石墨的无限结构不同的 具有封闭球状结构的分子c60 因此 1996年获得诺贝尔化学奖 1991年日本电气公司的s iijima在制备c60 对电弧放电后的石墨棒进行观察时 发现圆柱状沉积 空的管状物直径0 7 30nm 2000年 北大彭练矛研究组用电子束轰击单壁碳纳米管 发现了 0 33nm的碳纳米管 但稳定性较差2003年5月4日 日本信州大学和三井物产下属的cnri子公司研制成功 0 4nm的碳纳米管 同年 日本名古屋大学筱原久典教授制备出了纳米电缆 碳纳米管的合成方法 电弧法1991年日本科学家在利用电弧法制备富勒烯时发明了碳纳米管后 电弧法便成为了制备碳纳米管的一种广为使用的方法 电弧法的原理是在两根石墨之间放电 使石墨蒸发 在阴极上沉积而形成碳纳米管 激光蒸发法激光蒸发法是以激发冲击石墨 金属靶制备碳纳米管 得到的碳纳米管的形态电弧法得到的相似 但碳纳米管质量更高 并无无定形碳出现 催化分解催化分解法又称催化剂气相分解法 此方法在较高温度下使碳氢化合物裂解为碳原子和氢原子 碳原子在过渡金属 催化剂作用下附着在催化剂微粒表面上形成为碳纳米管 过渡金属如fe co等作为催化剂与碳形成价稳的碳化物 沉积在金属表面上 纵而渗透到金属的另一面而形成碳纳米管 碳纳米管的形成取决于碳原子的六角点阵二维石墨片是如何 卷曲起来 形成圆筒形的 在石墨平面中 碳原子结合在一起形成六角网状结构的碳原子平面 碳纳米管又称巴基管 径向尺寸纳米量级 轴向尺寸为微米级 它可以看做径向尺寸很小的无缝钢管 目前单壁碳纳米管存在三种类型的结构 分为扶手式碳纳米管 锯齿形碳纳米管和手性碳纳米管 单壁碳纳米管结构 结构特点决定吸附性质 比表面积大比表面积是指单位质量物料所具有的总面积比表面积是评价催化剂 吸附剂及其他多孔物质具有孔隙结构 吸附位置 碳纳米管吸附有三个位置 管壁表面 管的内腔及管间的空隙 碳纳米管吸附作用的应用 在储氢方面的应用在环境治理中的应用纳米材料在水处理中的应用 储氢应用 碳纳米管的巨大的比表面积和具有的孔隙结构可吸附大量的氢气 因此碳纳米管作为储氢材料已作为了研究的焦点 计算机模拟论证了碳纳米管储氢的可能性 近年来又有人提出将碳纳米管用作燃料电池储氢材料 有研究人员等指出使用浓硝酸和naoh溶液处理碳纳米管表面可提高储氢率 目前研究的焦点主要是高储氢性能的最优化结构和最佳的工艺条件 碳纳米管吸附作用的应用 在储氢方面的应用在空气治理中的应用纳米材料在水处理中的应用 碳纳米管在空气治理当中的应用 一是利用碳纳米管对气体吸附的选择性和碳纳米管的导电性 可将其做成气体传感器来检测环境中微量的污染气体 二是直接用于污染气体的吸附 碳纳米管吸附作用的应用 在储氢方面的应用在环空气理中的应用纳米材料在水处理中的应用 水处理中的应用 水资源短缺及污水净化一直是全世界普遍关注的问题 碳纳米管作为液相吸附剂的研究主要是利用其强吸附能力去除水体中的无机 有机污染物 从目前的研究结果来看 碳纳米管对水体中的pb2 cd2 f2 砷酸盐等无机离子及农药 苯类 酚类 酯类等有机污染物及各种微生物 病毒 毒素等都有很强的吸附去除能力 部分金属吸附表 结论 碳纳米管在不同温度 气压 ph值 处理方法下 呈现出不同的吸附能力吸附不同的位置 废水处理发展领域 含酚 含酯废水是我国水污染中的主要污染物之一 大多来自焦化厂 煤气厂和化工厂的废水中都含有苯酚 甲基酚 硝基酚 氯酚 酞酸酯等 这些物质对生物 人体有着极大的危害 因此用纳米管技术除去污染水中的酚类 酯类物质是处理有害废水的重要任务之一 资料信息 美国国家标准与技术研究院 nist 的科学家日前开发出一种多壁碳纳米管材料 可大幅提高泡沫制品的阻燃性 据物理学家组织网近日报道 意大利罗马大学 拉奎拉大学和法国南特大学的研究人员合作研制出