碳纳米管对消毒副产物三氯甲烷的吸附

【摘要】：碳纳米管由于具有大的比表面积、丰富孔隙结构使它具有良好的吸附性，在水处理材料领域受到很好的关注。但是其大的长径比及表面含有的官能团少，在使用过程中易发生团聚，且不溶于水及其他有机溶剂，因此限制了它的推广应用。对碳纳米管改性是解决这一问题的重要方法。本文拟采用次氯酸钠改性碳纳米管及在添加表面活性剂的情况下，考察氯改性碳纳米管对水中消毒副产物三氯甲烷的吸附。对比了改性前后碳纳米管对三氯甲烷的吸附能力及影响因素，并表征了碳纳米管在腐殖酸氯消毒过程中对消毒副产物三氯甲烷在线吸附性能。并对碳纳米管改性前后、投入反应前后的结构进行表征。 研究结果表明：65℃次氯酸钠改性碳纳米管对三氯甲烷的吸附性能优于未改性碳纳米管，二者对三氯甲烷的吸附容量分别为4.1mg/g和2.8mg/g。pH为3~8范围内对两种碳纳米管吸附三氯甲烷的影响不大，但当pH的值大于8，吸附能力下降；离子强度在0.1~1mol/L范围内对改性和未改性两种碳纳米管吸附三氯甲烷的影响不大。两种碳纳米管对三氯甲烷的吸附速率均较快，60min达到完全平衡。在碳纳米管吸附三氯甲烷的溶液中加入不同的分散剂，吸附能力为：N,N-二甲基甲酰胺(DMF)十二烷基磺酸钠(SDS)十二烷基苯磺酸钠(SDBS)十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)。在同一分散剂中随着碳纳米管投量的增加，吸附三氯甲烷的能力降低。65℃次氯酸钠改性碳纳米管比在线氯改性的吸附能力强。 腐殖酸氯消毒过程中投加碳纳米管比未投加碳纳米管产生的三氯甲烷的量少，其中投加未改性碳纳米管产生的三氯甲烷的量少于投加改性碳纳米管产生三氯甲烷的量，未投加碳纳米管，投加未改性碳纳米管和投加改性碳纳米管产生三氯甲烷的量分别为：0.43mg/L、0.167mg/L和0.24mg/L。主要因为在腐殖酸氯消毒过程加入碳纳米管后，碳纳米管与氯发生反应，本身被氧化改性，改性后的碳纳米管在1573cm-1,3482cm-1处羟基峰明显增强，这些官能团作为吸附位点，能够吸附更多的腐殖酸和三氯甲烷。此外，与腐殖酸反应的氯量减少，也减少了三氯甲烷的生成量。将腐殖酸氯消毒过程反应后的碳纳米管进行TG-DSC测定，发现于60℃和300℃左右出现一个吸热峰和放热峰，分析这两个峰分别为碳纳米管吸附的三氯甲烷和腐殖酸的失重峰。 【关键词】：改性碳纳米管 三氯甲烷 吸附 消毒副产物
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：O647.3;TB383.1
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-19
• 1.1 课题研究的背景及意义10
• 1.2 碳纳米管的性能和发展概况10-17
• 1.2.1 碳纳米管的性质10-11
• 1.2.2 碳纳米管的纯化11-12
• 1.2.3 碳纳米管表面改性12-14
• 1.2.4 碳纳米管的吸附性14-16
• 1.2.5 碳纳米管的毒性16-17
• 1.2.6 碳纳米管在水体中的去除17
• 1.3 课题的主要研究内容17-19
• 第2章 实验材料和实验方法19-25
• 2.1 实验材料19-20
• 2.1.1 实验常用试剂19
• 2.1.2 实验仪器19-20
• 2.2 实验方法20-22
• 2.2.1 溶液配制20-21
• 2.2.2 主要实验方法21-22
• 2.3 检测及表证方法22-25
• 2.3.1 三氯甲烷的检测22-23
• 2.3.2 碳纳米管的表征23-25
• 第3章 碳纳米管对三氯甲烷的吸附25-41
• 3.1 引言25
• 3.2 改性碳纳米管的表征25-28
• 3.2.1 碳纳米管的红外谱图25-26
• 3.2.2 碳纳米管的热重图26-27
• 3.2.3 碳纳米管的扫描电镜图27-28
• 3.3 碳纳米管的吸附性28-32
• 3.3.1 碳纳米管对三氯甲烷的影响28-29
• 3.3.2 吸附时间对碳纳米管吸附三氯甲烷的影响29-30
• 3.3.3 离子强度对碳纳米管吸附三氯甲烷的影响30-31
• 3.3.4 pH 对碳纳米管吸附三氯甲烷的影响31-32
• 3.4 碳纳米管的分散性32-37
• 3.4.1 碳纳米管在不同分散剂中的粒径和 Zeta 电位32
• 3.4.2 碳纳米管在不同分散剂中的形貌和吸光度值32-35
• 3.4.3 碳纳米管在不同分散剂中吸附三氯甲烷的情况35-36
• 3.4.4 SDBS 中碳纳米管的量对三氯甲烷的吸附影响36-37
• 3.5 吸附三氯甲烷后碳纳米管固体的表征37-40
• 3.5.1 碳纳米管吸附三氯甲烷的红外谱图37-38
• 3.5.2 碳纳米管吸附三氯甲烷的 TG-DSC38-40
• 3.6 本章小结40-41
• 第4章 碳纳米管对腐殖酸消毒过程三氯甲烷的影响41-61
• 4.1 引言41
• 4.2 腐殖酸氯消毒副产物三氯甲烷生成的影响因素41-44
• 4.2.1 投氯量对消毒副产物三氯甲烷的影响41-42
• 4.2.2 时间对消毒副产物三氯甲烷的影响42-43
• 4.2.3 离子强度对消毒副产物三氯甲烷的影响43
• 4.2.4 pH 对消毒副产物三氯甲烷的影响43-44
• 4.3 碳纳米管对腐殖酸氯消毒副产物三氯甲烷的影响44-46
• 4.3.1 投氯量对三氯甲烷产量的影响44-45
• 4.3.2 温度对三氯甲烷产量的影响45-46
• 4.4 碳纳米管对腐殖酸消毒过程次氯酸钠消耗量的影响46-51
• 4.4.1 次氯酸钠在氯消毒过程中随投氯量的变化46-47
• 4.4.2 次氯酸钠随消毒时间的变化47-49
• 4.4.3 碳纳米管中投加次氯酸钠后氯量的变化49-50
• 4.4.4 碳纳米管对次氯酸钠随时间的变化量50-51
• 4.5 碳纳米管对腐殖酸消耗量的影响51-54
• 4.5.1 腐殖酸在氯消毒过程中随不同氯投量的变化51-52
• 4.5.2 腐殖酸在氯消毒过程中随时间的变化52-54
• 4.6 氯消毒过程碳纳米管固体的表征54-59
• 4.6.1 氯消毒过程碳纳米管红外谱图54-55
• 4.6.2 不同碳纳米管热重图55-56
• 4.6.3 氯消毒过程中不同形态碳纳米管质量变化56
• 4.6.4 氯消毒过程碳纳米管的 TG-DSC 图56-59
• 4.7 本章小结59-61
• 结论61-62
• 参考文献62-69
• 攻读硕士学位期间发表的论文69-71
• 致谢71

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