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碳纳米管薄膜对重金属离子吸附的研究及应用

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碳纳米管薄膜对重金属离子吸附的研究及应用第51卷增刊l2011年4月大连理工大学学报JournalofDalianUniversityofTechnologyV01.51.Suppl.1Apr.2011文章编号:1000—8608(2011)S1一S049—04碳纳米管薄膜对重金属离子吸附的研究及应用刘行’1,2,熊智淳1’2,陈棉东1’3,张巍巍1’2,潘丽坤1,孙卓1(1.华东师范大学纳光电集成与先进装备教育部工程研究中心,上海200062;2.华东师范大学物理学系,上海200062;3.华东师范大学通信工程系,上海200062)摘要:采用刮涂法制备碳纳米管(CNT)薄膜,以铜离子(Cu2+)为例,研究了其吸附去除重金属离子的行为.结果表明,碳纳米管薄膜吸附Cu2+满足Langmuir等温吸附;278K时符合准二级动力学模型,而在298K和318K时符合准一级动力学模型;在298K时CNT薄膜吸附Cu”的最大吸附量为4.14mg/g.在应用层面,设计了一套基于该CNT薄膜的水处理器件.关键词:吸附;碳纳米管薄膜;铜离子;水处理器件中图分类号:TB383文献标志码:A0引言1实验部分含重金属离子工业废水会对周围环境及人体造成危害.重金属离子很难被生物降解,一旦进入水体和土壤,就很难消除,因此必须将它移除.目前工业处理方法有沉淀、电化学法、化学还原法、离子交换法和吸附法等口].在这些方法中,吸附法成本低廉、操作简单,被广泛应用.碳纳米管(CNT)以其独特的物理化学性能迅速被重视.CNT作为吸附剂,对铜、锌、铅等重金属离子的吸附能力远远大于活性炭等其他吸附剂[2],应用前景十分诱人.为达到最大面积接触,目前几乎所有的吸附实验都是将CNT分散在水溶液中进行[3J],但这会导致吸附剂回收再利用困难,不方便实际的工业应用;并且CNT可能会残留在水中,如果这种水被饮用,会导致CNT残留在人体内不能被代谢.为此,作者将CNT制备成薄膜,再进行吸附,是一种可行的改进方法,也是本文的创新点之一.本文以石墨片为基底,以聚四氟乙烯(PTFE)为黏结剂,采用刮涂法将CNT制备成薄膜,以Cu2+为例,研究在不同重金属离子浓度及不同温度等情况下CNT薄膜对水溶液中重金属离子的吸附特性;并且从等温吸附方程、吸附动力学模型以及热力学分析等诸多方面对吸附过程的机制进行较为深入的研究.最后,在实际应

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