改性多壁碳纳米管复合材料的制备及其吸附性能研究(附件)【字数：15424】
摘 要摘 要自工业革命以来的数百年内，随着染料工业的飞速发展，染料废水已成为一种较难处理的工业废水。其中多数含有难降解有机污染物，且有毒害作用，甚至有致癌、致畸、致突变的可能，对自然水环境的污染十分严重。总的来说，染料废水的特点是色度深、成分复杂、有机物含量高、化学需氧量(COD)高，可生化性差，排放量大、水质变化和生物毒性大，难生物降解，染料抗光解、抗氧化性强，用常规的方法难以进行处理，给环境带来了严重的污染，更给人类的生产和生活造成了诸多不利的影响，染料污染治理工作显得尤为迫切。吸附法造价相对较低、设备容易操作、没有二次污染、可通过简单的手段再生，已在包括染料废水在内的水处理方面得到了广泛的应用。碳纳米管作为一种新型纳米材料，一经发现便掀起了巨大的研究热潮。因其具有优异的理化性质、比表面积和吸附容量大、孔径结构分布均匀等特点而被运用于各种污染废水的处理。本实验通过水热法将具有可见光活性的三氧化二铁半导体均匀负载在碳纳米管表面，得到改性多壁碳纳米管复合材料并对其进行表征分析；分别研究了该复合材料在不同接触时间，不同吸附剂用量，不同pH，不同污染物浓度等条件下对水中亚甲基蓝的吸附性能，并通过光催化降解吸附在复合材料表面的污染物，提高吸附剂的使用寿命。关键词染料废水，吸附，多壁碳纳米管，三氧化二铁
目录
第一章 绪论 1
1.1 研究背景 1
1.2 染料的分类 1
1.3 染料废水的主要处理方法 3
1.3.1 生物法 3
1.3.2 物理化学法 3
1.3.3 化学法 5
1.4 碳纳米管概述 7
1.4.1 碳纳米管介绍 7
1.4.2碳纳米管的制备方法 7
1.4.3 碳纳米管的性能 8
1.5 碳纳米管作为吸附剂的应用 10
1.6 研究目的、意义和内容 10
1.6.1 研究目的和意义 10
1.6.2 研究内容 11
第二章 碳纳米管复合材料的制备及吸附实验 12
2.1 实验仪器与试剂 12
2.1.1 实验试剂 12
2.1.2 实验仪器 12
2.2 实验 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
方法 13
2.2.1 多壁碳纳米管的纯化 13
2.2.2 改性多壁碳纳米管复合材料的制备 13
2.2.3 接触时间对吸附性能的影响 13
2.2.4 吸附剂用量对吸附性能的影响 14
2.2.5 pH对吸附性能的影响 14
2.2.6 污染物浓度对吸附性能的影响 14
2.2.7 吸附剂的循环实验 14
第三章 结果与分析 16
3.1 复合材料的表征分析 16
3.1.1 未纯化碳纳米管的SEM分析 16
3.1.2 纯化碳纳米管的SEM分析 16
3.1.3 改性多壁碳纳米管的SEM分析 17
3.1.4 纯化及改性多壁碳纳米管的能谱分析（EDX测试） 18
3.1.4.1 纯化多壁碳纳米管的能谱分析 18
3.1.4.2 改性多壁碳纳米管的能谱分析 19
3.1.5 改性多壁碳纳米管X射线电子衍射（XRD测试） 20
3.2 不同接触时间吸附结果分析 20
3.3 不同吸附剂用量的吸附结果分析 22
3.4 不同pH的吸附结果分析 22
3.5 吸附等温线拟合分析 23
3.6 循环实验结果分析 25
结 论 27
展 望 28
致谢 29
参考文献 30
第一章 绪论
1.1 研究背景
水是生命之源，同时也是不可再生资源。毫不夸张的说，没有水人类将难以存活。地球的水资源量虽大，但却仅有少量淡水资源可供人类开发使用。随着二十一世纪的到来，世界经济飞速发展，城市化和工业化进程加剧了环境污染问题。尤其是水环境生态系统遭到了严重的破坏，水质日益恶化，为人类的健康及生产生活造成了不容忽视的影响。
染料废水主要来源于塑料皮革、油漆、纺织印染、医药、化妆品、食品及造纸等行业，产量和消耗量巨大，加之未得到完全有效处理的印染废水直接排入江河湖海等主要水体之中，对水环境造成了极大的污染，如不加以有效的治理，我们的生存环境将受到严重的威胁。我国是纺织印染大国，每年的染料废水排放量都达到了数千万吨，是水环境的重要污染源之一[]。
据不完全统计，在印染加工处理过程中有12%的染料随废水排出[]。染料废水成分复杂且含有较多复杂的难降解有机物，排入水体影响水体自净，严重影响了水质，增加了水体色度，使光线不易透过，破坏了水生植物的光合作用，同时影响着鱼类等水生生物的生长。一些染料还含有致癌、致畸、致突变的化合物，危害着人类健康。类似太湖蓝藻爆发等由纺织印染废水造成的水体恶劣污染事件也无时无刻不在警醒着我们：研究处理染料废水的技术和方法、实现废水的有效循环使用，是目前水污染控制领域的重中之重。
1.2 染料的分类
（1）分散染料(Dispersed dye)
微溶于水的非离子型染料，可对合成纤维和醋酷纤维进行染色和印花，又称为醋纤染料。在水中溶解度很低主要借助分散剂以微小颗粒呈分散状态存在，稳定性较差，主要适合于粘胶、腈纶、锦纶、涤纶等，水洗牢度不一，其废水处理难度较低。
（2）还原染料(Vat dye)
这类染料不溶于水，需在强碱溶液中借助还原剂还原溶解进行染色，然后氧化重新转变成不溶性的染料而牢固地固着在纤维上。主要用于纤维素纤维的染色和印花，也可用于染维纶。耐光、水洗牢度很好，并且耐氯漂和其它氧化漂白。由于染液的碱性较强一般不适宜于羊毛、蚕丝等蛋白质纤维的染色。色谱齐全、色泽鲜艳、色牢度好但价格较高，不易均匀染色。
（3）硫化染料（Sulphur dye）
这类染料适合于纤维素纤维织品，色泽灰暗，主要有藏青、黑色和棕色，色谱较齐、价格低廉、色牢度较好、耐光、耐水洗牢度极好，耐氯漂牢度差，长期存放织物会破坏纤维。大部分不溶于水和有机溶剂但能溶解在硫化碱溶液中，溶解后可以直接染着纤维。由于染液碱性太强而不适用于染蛋白质纤维。
（4）阳离子(碱性)染料(Basic dye)
其特点是色泽鲜艳，强度高、色光亮、色谱齐全、耐光牢度和染色牢度较高，但不易匀染，常并入碱性染料类。很适合人造纤维，早期称盐基染料，是纺织染料的一种，约占所有染料种类的5%左右。可溶于水，在水溶液中发生电离，生成带有正电荷的有色离子，与织物中的酸性基团结合从而使纤维染色，适用于聚丙烯睛、腈纶、涤纶、锦纶与纤维素及蛋白质纤维的染色。
（5）酸性染料(Acid dye)
是一种可溶于水的阴离子染料，色泽鲜艳，水洗牢度较差而干洗牢度优异。结构上带有酸性集团，多适用于蛋白纤维、尼龙、聚酞胺等纤维以及纸张、真丝的染色。具有制造简单、色谱齐全、产量大的特点。
目录
第一章 绪论 1
1.1 研究背景 1
1.2 染料的分类 1
1.3 染料废水的主要处理方法 3
1.3.1 生物法 3
1.3.2 物理化学法 3
1.3.3 化学法 5
1.4 碳纳米管概述 7
1.4.1 碳纳米管介绍 7
1.4.2碳纳米管的制备方法 7
1.4.3 碳纳米管的性能 8
1.5 碳纳米管作为吸附剂的应用 10
1.6 研究目的、意义和内容 10
1.6.1 研究目的和意义 10
1.6.2 研究内容 11
第二章 碳纳米管复合材料的制备及吸附实验 12
2.1 实验仪器与试剂 12
2.1.1 实验试剂 12
2.1.2 实验仪器 12
2.2 实验 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
方法 13
2.2.1 多壁碳纳米管的纯化 13
2.2.2 改性多壁碳纳米管复合材料的制备 13
2.2.3 接触时间对吸附性能的影响 13
2.2.4 吸附剂用量对吸附性能的影响 14
2.2.5 pH对吸附性能的影响 14
2.2.6 污染物浓度对吸附性能的影响 14
2.2.7 吸附剂的循环实验 14
第三章 结果与分析 16
3.1 复合材料的表征分析 16
3.1.1 未纯化碳纳米管的SEM分析 16
3.1.2 纯化碳纳米管的SEM分析 16
3.1.3 改性多壁碳纳米管的SEM分析 17
3.1.4 纯化及改性多壁碳纳米管的能谱分析（EDX测试） 18
3.1.4.1 纯化多壁碳纳米管的能谱分析 18
3.1.4.2 改性多壁碳纳米管的能谱分析 19
3.1.5 改性多壁碳纳米管X射线电子衍射（XRD测试） 20
3.2 不同接触时间吸附结果分析 20
3.3 不同吸附剂用量的吸附结果分析 22
3.4 不同pH的吸附结果分析 22
3.5 吸附等温线拟合分析 23
3.6 循环实验结果分析 25
结 论 27
展 望 28
致谢 29
参考文献 30
第一章 绪论
1.1 研究背景
水是生命之源，同时也是不可再生资源。毫不夸张的说，没有水人类将难以存活。地球的水资源量虽大，但却仅有少量淡水资源可供人类开发使用。随着二十一世纪的到来，世界经济飞速发展，城市化和工业化进程加剧了环境污染问题。尤其是水环境生态系统遭到了严重的破坏，水质日益恶化，为人类的健康及生产生活造成了不容忽视的影响。
染料废水主要来源于塑料皮革、油漆、纺织印染、医药、化妆品、食品及造纸等行业，产量和消耗量巨大，加之未得到完全有效处理的印染废水直接排入江河湖海等主要水体之中，对水环境造成了极大的污染，如不加以有效的治理，我们的生存环境将受到严重的威胁。我国是纺织印染大国，每年的染料废水排放量都达到了数千万吨，是水环境的重要污染源之一[]。
据不完全统计，在印染加工处理过程中有12%的染料随废水排出[]。染料废水成分复杂且含有较多复杂的难降解有机物，排入水体影响水体自净，严重影响了水质，增加了水体色度，使光线不易透过，破坏了水生植物的光合作用，同时影响着鱼类等水生生物的生长。一些染料还含有致癌、致畸、致突变的化合物，危害着人类健康。类似太湖蓝藻爆发等由纺织印染废水造成的水体恶劣污染事件也无时无刻不在警醒着我们：研究处理染料废水的技术和方法、实现废水的有效循环使用，是目前水污染控制领域的重中之重。
1.2 染料的分类
（1）分散染料(Dispersed dye)
微溶于水的非离子型染料，可对合成纤维和醋酷纤维进行染色和印花，又称为醋纤染料。在水中溶解度很低主要借助分散剂以微小颗粒呈分散状态存在，稳定性较差，主要适合于粘胶、腈纶、锦纶、涤纶等，水洗牢度不一，其废水处理难度较低。
（2）还原染料(Vat dye)
这类染料不溶于水，需在强碱溶液中借助还原剂还原溶解进行染色，然后氧化重新转变成不溶性的染料而牢固地固着在纤维上。主要用于纤维素纤维的染色和印花，也可用于染维纶。耐光、水洗牢度很好，并且耐氯漂和其它氧化漂白。由于染液的碱性较强一般不适宜于羊毛、蚕丝等蛋白质纤维的染色。色谱齐全、色泽鲜艳、色牢度好但价格较高，不易均匀染色。
（3）硫化染料（Sulphur dye）
这类染料适合于纤维素纤维织品，色泽灰暗，主要有藏青、黑色和棕色，色谱较齐、价格低廉、色牢度较好、耐光、耐水洗牢度极好，耐氯漂牢度差，长期存放织物会破坏纤维。大部分不溶于水和有机溶剂但能溶解在硫化碱溶液中，溶解后可以直接染着纤维。由于染液碱性太强而不适用于染蛋白质纤维。
（4）阳离子(碱性)染料(Basic dye)
其特点是色泽鲜艳，强度高、色光亮、色谱齐全、耐光牢度和染色牢度较高，但不易匀染，常并入碱性染料类。很适合人造纤维，早期称盐基染料，是纺织染料的一种，约占所有染料种类的5%左右。可溶于水，在水溶液中发生电离，生成带有正电荷的有色离子，与织物中的酸性基团结合从而使纤维染色，适用于聚丙烯睛、腈纶、涤纶、锦纶与纤维素及蛋白质纤维的染色。
（5）酸性染料(Acid dye)
是一种可溶于水的阴离子染料，色泽鲜艳，水洗牢度较差而干洗牢度优异。结构上带有酸性集团，多适用于蛋白纤维、尼龙、聚酞胺等纤维以及纸张、真丝的染色。具有制造简单、色谱齐全、产量大的特点。
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