1、齊魯工業大學畢業設計（論文）開題報告課題名稱改性碳納米管吸附重金屬離子課題類型實驗研究導師姓名學生姓名學號專業班級高分子10-1一、課題內容 碳納米管作為一種新型的納米碳材料，由十其獨特的物理化學性能以及在眾多領域的潛在應用價值，自發現以來便受到了人們的廣泛關注，成為納米材料領域研究的一個新熱點。碳納米管因其獨特的結構和優異的物理化學性能，具有廣闊的應用前景和巨大的商業價值。本文采用次氯酸鈉氧化方法改性多壁碳納米管，研究了其對水溶液中重金屬離子的吸附葉質。二、課題的目的和意義課題設計的目的就是要培養學生綜合應用各種專業知識解決改性碳納米管吸附重金屬離子實際問題的能力；培養學生實事求是、耐心細致

2、及嚴謹年過的負責的工作作風；培養學生如何運用所學的專業知識，和利用其他途徑獲取相關知識，來獨立完成一項實驗的能力。這次設計不僅有利于提高自己快速查閱有效信息、將所掌握的知識和信息應用于實踐的能力；同時還能培養學生獨立思考、獨立工作的能力。使學生認識到遵守國家法規政策，關注經濟形勢，培養良好的集體合作精神等，是完成實際工作所必不可少的，并使學生走向社會后能夠盡快地適應迅猛發展的科學技術對人才的需求。碳納米管可以看作是由石墨碳六兀環網狀平面卷成筒狀時所形成的管狀物質，即完全由畢2sp雜化的碳原子構成其管狀層，類似十石墨內部片層結構(圖1-1) o自從碳納米管這種新型材料問世以來，它所擁有的特殊性能

3、已經從多個方面得到印證，具有難以估量的應用潛力和發展前景。它的發現在材料科學領域具有深遠的影響，基十其納米尺度的中空管狀結構、特殊的電磁性能、卓越的強度和彈性等特性，近年來在多個相關學科領域，關十碳納米管的研究方興未艾。研究改性碳納米管對重金屬離子的吸附可以減少環境中的重金屬離子的含量，本實驗對以后治理環境污染，處理工業用的廢水中的重金屬離子具有重大的意義，對中國的環保事業具有積極的影響。目前研究較多的是對單一金屬離子的吸附，往往對單一離子吸附效果好的條件并不一定適應其他金屬離子，因此應加大對多種離子共存情況下尤其是工業廢水中高含量的共存離子吸附機理、性能研究。改性材料具有價格低廉、吸附量大、

4、處理效率高的優點。因此，系統深入地研究活性炭跟碳納米管的改性方法、改性機理、結構、性能及其在廢水處理中的應用，使改性材料在環境污染治理中具有更廣闊的應用。三、碳納米管在國內外研究現狀及發展情況納米材料由于其尺寸處在原子簇和宏觀物體交界的過渡區域，具有量子尺寸效應、小尺寸效應、表面效應和宏觀量子隧道效應等特性，展現出許多獨特的物理化學性質。20世紀80年代初期納米材料這一概念形成以后，世界各國都給予了極大關注。它所具有的獨特性質，給物理、化學、材料、生物、醫藥等領域的研究帶米新的機遇。目前，各國在實驗上對碳納米管的研究方興未艾，并都取得了一定的成就，美國發明了納米秤，日本制成了鉑填充的碳納米管，

5、德國制備出直徑為lnm的碳納米管。我國個別研究成果雖然走在了世界最前沿，如合成出世界最長的碳納米管、高質量碳納米管儲氫的研究等，但在納米科技領域的總體水平與美日歐相比，差距還很大。 各國主要面臨以下兩個共同問題，使得碳納米管不能真正得到工業應用。如何實現高質量碳納米管的連續批量工業化生產。碳納米管制備現狀大致是：多壁碳納米管能較大量生產，單壁碳納米管多數處于實驗室研制階段，某些制備方法得到的碳納米管生長機理還不明確，對碳納米管的結構(管徑、管長、螺旋度、壁厚、管表面石墨碳的結晶度等)還不能做到任意調節和控制，影響碳納米管的產量、質量及產率的因素太多(如催化劑顆粒的大小、碳源的種類、溫度、混合氣

6、體的種類及比例等)，使制得的碳納米管都存在雜質高、產率低等缺點，還沒有高效的純化碳納米管的方法。如何更深入研究碳納米管實際應用問題。例如，在常溫常壓下如何解析氫氣及加快其儲氫放氫速度。如何提高碳納米管吸附容量的穩定性和吸附壓力的敏感性。再如，怎樣才能制備出性能更為優異或能預期其性能的碳納米管復合材料。要解決這些共同難題，就需要研究人員們一方面突破技術關鍵，進一步研究開發新的、成本低廉、適合于大規模生產碳納米管的技術，通過建模和模擬來加強生長現象與機理研究；另一方面繼續深入研究其應用，把碳納米管與各個領域結合起來，充分發揮其自身優異的特性。 另外，最近碳納米管又出現一新的研究方向，即碳納米管薄膜

7、的潤濕性，已有很多學者對其潤濕性作出了大量研究。Jiang等11 用平板印刷術和等離子體刻蝕技術相結合，制備了具有特殊幾何形貌的硅基底，并用化學氣相沉積法在其上面沉積了具有立體各向異性微結構陣列碳納米管薄膜。研究表明，在不改變薄膜表面的化學組成的情況下，僅僅改變結構參數，薄膜能從超親水變化到超疏水，這種現象是由于橫向和縱向碳納米管陣列結構的共存即立體各向異性微結構所引起的。縱向的碳納米管陣列提供了疏水的貢獻，而橫向的碳納米管陣列提供了親水性的貢獻，并有利于水滴的鋪展。橫向和縱向碳納米管陣列組合方式的改變導致了其薄膜特殊的潤濕性性質。Lau等 12 用PECVD方法獲得了準直生長的碳納米管森林，

8、然后 通過HFCVD的方法用PTFE對其進行了表面修飾，獲得了穩定的超疏水表面，液滴可以在其上面自由跳躍直至脫離。Li等13以酞菁絡合物為原料，采取高溫裂解的方法制備了具有相當均勻長度和外徑的陣列碳納米管薄膜，研究表明，未經處理的陣列碳納米管薄膜是超疏水和超親油的，經過氟化(FAS)修飾以后的碳納米管薄膜表現出了既疏水又疏油的性質，正是納米結構的存在導致了該表面的超雙疏性質。這一發現為超雙疏表面界面材料提供了新的思路。 我們應該看到，目前所得到的碳納米管缺陷較多，且不易分散，這大大限制了碳納米管的性質研究和應用研究。所以對碳納米管制備方法的研究顯得尤為重要。另外，納米尺寸的測量手段也須進一步加

9、強。總之，隨著碳納米管研究的逐步深入以及納米科技的快速發展，納米碳材料將會對全世界的科學和經濟產生重大的影響。要解決這些共同難題，就需要研究人員們一方面突破技術關鍵，進一步研究開發新的、成本低廉、適合于大規模生產碳納米管的技術，通過建模和模擬來加強生長現象與機理研究；另一方面繼續深入研究其應用，把碳納米管與各個領域結合起來，充分發揮其自身優異的特性。另外，最近碳納米管又出現一新的研究方向，即碳納米管薄膜的潤濕性，已有很多學者對其潤濕性作出了大量研究。Jiang等11用平板印刷術和等離子體刻蝕技術相結合，制備了具有特殊幾何形貌的硅基底，并用化學氣相沉積法在其上面沉積了具有立體各向異性微結構陣列碳

10、納米管薄膜。研究表明，在不改變薄膜表面的化學組成的情況下，僅僅改變結構參數，薄膜能從超親水變化到超疏水，這種現象是由于橫向和縱向碳納米管陣列結構的共存即立體各向異性微結構所引起的。縱向的碳納米管陣列提供了疏水的貢獻，而橫向的碳納米管陣列提供了親水性的貢獻，并有利于水滴的鋪展。橫向和縱向碳納米管陣列組合方式的改變導致了其薄膜特殊的潤濕性性質。Lau等12用PECVD方法獲得了準直生長的碳納米管森林，然后通過HFCVD的方法用PTFE對其進行了表面修飾，獲得了穩定的超疏水表面，液滴可以在其上面自由跳躍直至脫離。Li等13以酞菁絡合物為原料，采取高溫裂解的方法制備了具有相當均勻長度和外徑的陣列碳納米

11、管薄膜，研究表明，未經處理的陣列碳納米管薄膜是超疏水和超親油的，經過氟化(FAS)修飾以后的碳納米管薄膜表現出了既疏水又疏油的性質，正是納米結構的存在導致了該表面的超雙疏性質。這一發現為超雙疏表面界面材料提供了新的思路。我們應該看到，目前所得到的碳納米管缺陷較多，且不易分散，這大大限制了碳納米管的性質研究和應用研究。所以對碳納米管制備方法的研究顯得尤為重要。另外，納米尺寸的測量手段也須進一步加強。總之，隨著碳納米管研究的逐步深入以及納米科技的快速發展，納米碳材料將會對全世界的科學和經濟產生重大的影響。四、調研資料的準備通過網絡了解當前改性碳納米管的制備、重金屬離子的種類、改性碳納米管對重金屬離

12、子的吸附的效果、碳納米管的獲取途徑等。五、課題研究方法及技術路線1 次氯酸鈉對多壁碳納米管的改性2 改性碳納米管的表征3 改性多壁碳納米管對銅離子的吸附4 改性多壁碳納米管對鎳離子的吸附5 鎳離子和銅離子在m-MWCNT上吸附性能的比較六、時間安排整個設計預定為15周。準備階段：第1-2周，查閱資料，完成開題報告。實驗階段：第3-4周，廣泛收集資料。第58周，深入學習有關資料，理清整個課題設計中的各個步驟及設計中可能遇到的問題，并寫出一份初步的設計論文。完成階段：第9-11周，整理資料，得出成果。第12-15周，完成實驗，得出數據，準備答辯。七、預期成果及表現形式通過對改性碳納米管的了解與實驗

13、中所得到的實驗數據，得出改性碳納米管對重金屬離子的吸附能力，并寫出一篇合格的畢業論文。八、主要參考資料1 中國知網2 中國化工網3 中國化學化工工業前景展望，化學出版社，20064 劉泊良，改性碳納米管吸附重金屬離子碩士論文，河南工業大學5 馬士軍。微生物絮凝劑的開發及應用J。工業水處理，1997,12(1)6 白庚辛；化工百科全書，北京：化學工業出版社，1994，（7）：4972 7 納米碳管對MWPCVD過程增強金剛石形核的影響J.新技術新工藝,2000(6):56-59.8 化學學報 2014，72（3）9 朱紹文，賈志杰，李鐘澤，等.碳納米管及其應用前景J科技導報，1999，12:79

14、10 梁勇，戰可濤.納米碳管的研究發展概況J.粉體技術，1998(4):68-73.11 朱宏偉，徐才錄，等碳納米管表面處理對儲氫性能的影響J碳素技術，2000，4(4)：12 呂德義，徐鑄德，等碳納米管作為載體在鄰硝基甲苯多相催化加氫中的應用J浙江工業大學學報，2002，30(5)：46413 林麗，曹旭妮，等碳納米管修飾電極用于高效液相色譜對全血中巰基化合物的測定J分析化學，2003，31(3)：26114 陳小華，顏永紅，等NiCo合金包覆碳納米管的研究J微細加工技術，1999，2：1715 王曙光，李延輝，等碳納米管負載氧化鋁及其吸附水中的氟離子J科學通報，2002，47(1)：14 16 余穎，曾艷，等碳納米管對三元乙丙橡膠性能的影響口彈性體，2002