碳納米管的吸附作用與應(yīng)用

關(guān)于碳納米管的吸附作用與應(yīng)用第1頁，講稿共22頁，2023年5月2日，星期三摘要什么是碳納米管材料什么時(shí)候發(fā)現(xiàn)，怎樣制備碳納米管怎么樣的結(jié)構(gòu)決定吸附碳納米管的應(yīng)用資料和信息第2頁，講稿共22頁，2023年5月2日，星期三什么是是納米管材料

碳納米管(CNTS)又稱巴基管，是一種有特殊結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的新型材料。管的外徑尺寸一般在幾納米到幾十納米，內(nèi)徑更小，有的只有1納米左右

。多壁碳納米管單壁碳納米管又稱富勒管(Fullerenestubes)，由一層石墨烯片組成，直徑和長度分別為0.75～3nm和1～50μm。含有多層石墨烯片，層數(shù)從2～50不等，層間距為0.34±0.01nm。典型的直徑和長度分別為2～30nm和0.1～50μm。

第3頁，講稿共22頁，2023年5月2日，星期三單壁和多壁碳納米管第4頁，講稿共22頁，2023年5月2日，星期三碳納米管的發(fā)現(xiàn)過程1985年發(fā)現(xiàn)了巴基球(C60)；柯爾、克羅托和斯莫利在模擬宇宙長鏈碳分子的生長研究中，發(fā)現(xiàn)了與金剛石、石墨的無限結(jié)構(gòu)不同的，具有封閉球狀結(jié)構(gòu)的分子C60。因此，1996年獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。1991年日本電氣公司的S.

Iijima在制備C60、對電弧放電后的石墨棒進(jìn)行觀察時(shí)，發(fā)現(xiàn)圓柱狀沉積?？盏墓軤钗镏睆?.7-30

nm。2000年，北大彭練矛研究組用電子束轟擊單壁碳納米管，發(fā)現(xiàn)了Ф=0.33nm的碳納米管,但穩(wěn)定性較差2003年5月4日，日本信州大學(xué)和三井物產(chǎn)下屬的CNRI子公司研制成功Ф=0.4nm的碳納米管。同年，日本名古屋大學(xué)筱原久典教授制備出了納米電纜第5頁，講稿共22頁，2023年5月2日，星期三碳納米管的合成方法電弧法1991年日本科學(xué)家在利用電弧法制備富勒烯時(shí)發(fā)明了碳納米管后,電弧法便成為了制備碳納米管的一種廣為使用的方法.電弧法的原理是在兩根石墨之間放電,使石墨蒸發(fā),在陰極上沉積而形成碳納米管.激光蒸發(fā)法激光蒸發(fā)法是以激發(fā)沖擊石墨———金屬靶制備碳納米管,得到的碳納米管的形態(tài)電弧法得到的相似,但碳納米管質(zhì)量更高,并無無定形碳出現(xiàn).催化分解催化分解法又稱催化劑氣相分解法.此方法在較高溫度下使碳?xì)浠衔锪呀鉃樘荚雍蜌湓?碳原子在過渡金屬———催化劑作用下附著在催化劑微粒表面上形成為碳納米管.過渡金屬如Fe、Co等作為催化劑與碳形成價(jià)穩(wěn)的碳化物,沉積在金屬表面上,縱而滲透到金屬的另一面而形成碳納米管。第6頁，講稿共22頁，2023年5月2日，星期三第7頁，講稿共22頁，2023年5月2日，星期三碳納米管的形成取決于碳原子的六角點(diǎn)陣二維石墨片是如何“卷曲起來”形成圓筒形的.

在石墨平面中,碳原子結(jié)合在一起形成六角網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的碳原子平面碳納米管又稱巴基管,徑向尺寸納米量級,軸向尺寸為微米級,它可以看做徑向尺寸很小的無縫鋼管.目前單壁碳納米管存在三種類型的結(jié)構(gòu),分為扶手式碳納米管,鋸齒形碳納米管和手性碳納米管單壁碳納米管結(jié)構(gòu)第8頁，講稿共22頁，2023年5月2日，星期三結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定吸附性質(zhì)比表面積大比表面積是指單位質(zhì)量物料所具有的總面積比表面積是評價(jià)催化劑、吸附劑及其他多孔物質(zhì)具有孔隙結(jié)構(gòu)第9頁，講稿共22頁，2023年5月2日，星期三吸附位置碳納米管吸附有三個(gè)位置：管壁表面、管的內(nèi)腔及管間的空隙．第10頁，講稿共22頁，2023年5月2日，星期三碳納米管吸附作用的應(yīng)用在儲(chǔ)氫方面的應(yīng)用在環(huán)境治理中的應(yīng)用納米材料在水處理中的應(yīng)用第11頁，講稿共22頁，2023年5月2日，星期三儲(chǔ)氫應(yīng)用碳納米管的巨大的比表面積和具有的孔隙結(jié)構(gòu)可吸附大量的氫氣,因此碳納米管作為儲(chǔ)氫材料已作為了研究的焦點(diǎn).計(jì)算機(jī)模擬論證了碳納米管儲(chǔ)氫的可能性.近年來又有人提出將碳納米管用作燃料電池儲(chǔ)氫材料.有研究人員等指出使用濃硝酸和NaOH溶液處理碳納米管表面可提高儲(chǔ)氫率.目前研究的焦點(diǎn)主要是高儲(chǔ)氫性能的最優(yōu)化結(jié)構(gòu)和最佳的工藝條件.第12頁，講稿共22頁，2023年5月2日，星期三碳納米管吸附作用的應(yīng)用在儲(chǔ)氫方面的應(yīng)用在空氣治理中的應(yīng)用納米材料在水處理中的應(yīng)用第13頁，講稿共22頁，2023年5月2日，星期三碳納米管在空氣治理當(dāng)中的應(yīng)用一是利用碳納米管對氣體吸附的選擇性和碳納米管的導(dǎo)電性,可將其做成氣體傳感器來檢測環(huán)境中微量的污染氣體;二是直接用于污染氣體的吸附第14頁，講稿共22頁，2023年5月2日，星期三碳納米管吸附作用的應(yīng)用在儲(chǔ)氫方面的應(yīng)用在環(huán)空氣理中的應(yīng)用納米材料在水處理中的應(yīng)用第15頁，講稿共22頁，2023年5月2日，星期三第16頁，講稿共22頁，2023年5月2日，星期三水處理中的應(yīng)用水資源短缺及污水凈化一直是全世界普遍關(guān)注的問題。碳納米管作為液相吸附劑的研究主要是利用其強(qiáng)吸附能力去除水體中的無機(jī)、有機(jī)污染物。從目前的研究結(jié)果來看,碳納米管對水體中的Pb2+

、Cd2+、F2

、砷酸鹽等無機(jī)離子及農(nóng)藥、苯類、酚類、酯類等有機(jī)污染物及各種微生物、病毒、毒素等都有很強(qiáng)的吸附去除能力。第17頁，講稿共22頁，2023年5月2日，星期三部分金屬吸附表結(jié)論：碳納米管在不同溫度、氣壓、ph值、處理方法下，呈現(xiàn)出不同的吸附能力吸附不同的位置第18頁，講稿共22頁，2023年5月2日，星期三廢水處理發(fā)展領(lǐng)域含酚、含酯廢水是我國水污染中的主要污染物之一。大多來自焦化廠、煤氣廠和化工廠的廢水中都含有苯酚、甲基酚、硝基酚、氯酚、酞酸酯等。這些物質(zhì)對生物、人體有著極大的危害,因此用納米管技術(shù)除去污染水中的酚類、酯類物質(zhì)是處理有害廢水的重要任務(wù)之一。第19頁，講稿共22頁，2023年5月2日，星期三資料信息美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院(NIST)的科學(xué)家日前開發(fā)出一種多壁碳納米管材料，可大幅提高泡沫制品的阻燃性。據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)近日報(bào)道，意大利羅馬大學(xué)、拉奎拉大學(xué)和法國南特大學(xué)的研究人員合作研制出一種碳納米管(CNT)海綿，能夠吸收水中化肥、農(nóng)藥和藥品等污染物，凈化效率超過之前方法3倍。