改性碳纳米管和海藻酸钠对水中污染物的吸附研究

【摘要】：通过改性,可以提高材料的吸附性能。本文制备了壳聚糖改性碳纳米管(CS-MWCNT)、海藻酸钠改性碳纳米管(SA-MWCNT)和铁改性海藻酸钠(Fe-SA),在表征的基础上,研究了对刚果红(CR)、亚甲基蓝(MB)和磷酸根的吸附性能。采用等电点、红外光谱、透射电镜、拉曼光谱、X射线光电子能谱和BET比表面积等对这三种吸附剂表征,说明改性成功。分别从静态和动态吸附两个方面来探讨改性材料对染料和磷酸根的吸附特征。静态吸附结果表明,CS-MWCNT对CR的最佳p H=4,CS-SA对MB的吸附适宜p H值范围较宽为5-11,而Fe-SA吸附磷酸根的最佳p H=3。共存离子的存在有利于CR和磷酸根的吸附,不利于MB的吸附。CS-MWCNT对CR的吸附量达623 mg·g-1,SA-MWCNT对MB的吸附量达184 mg·g-1,Fe-SA对磷酸根的吸附量达17.7 mg·g-1,改性后吸附量显著提高。等温分析结果表明,CS-MWCNT对CR的平衡吸附过程符合Koble-Corrigan方程,且参数n接近1,推测吸附过程为非均相多分子层吸附;而SA-MWCNT对MB的吸附行为和Fe-SA对磷酸根的吸附行为则符合Temkin模型,推测吸附过程可能存在多层吸附。动力学数据表明,三个吸附过程都可以用准二级动力学来描述,说明吸附过程含有化学吸附。热力学参数表明,三种吸附行为均是自发、熵增、吸热的过程。动态研究结果表明,流速越快、浓度越大、柱高越低越不利于吸附。Yan模型可以用于拟合Fe-SA对磷酸根的柱吸附过程,传质模型可以预测MB和磷酸根的吸附过程。根据解吸再生研究发现,0.01 mol·L-1氢氧化钠溶液对负载CR的CS-MWCNT具有好的解吸再生效果,0.1 mol·L-1的氯化钙对负载MB的SA-MWCNT解吸效果最好,而0.1 mol?L-1 HCl溶液对负载磷酸根的Fe-SA具有很好的解吸效果。络合作用、静电引力和分子间作用力是主要的吸附机理。研究结果为该类复合材料的应用提供基础依据。