【摘要】：研究碳納米管對有機污染物的吸附作用機理以及建立吸附定量預(yù)測模型不僅是碳納米管作為環(huán)境優(yōu)良吸附劑成功應(yīng)用的關(guān)鍵,也是評價碳納米管與有機污染物環(huán)境生態(tài)風(fēng)險的重要內(nèi)容。水質(zhì)條件、有機物理化性質(zhì)及碳納米管結(jié)構(gòu)與表面性質(zhì)是影響碳納米管對有機污染物吸附作用的重要因素。真實環(huán)境中,往往多種有機污染物是共同存在的,并會顯著影響有機污染物的吸附行為。有機物在碳納米管上的脫附是其吸附的逆過程,它不僅決定著碳納米管在應(yīng)用中的再生性能,還會影響碳納米管與有機污染物在環(huán)境中的的遷移、轉(zhuǎn)化與歸宿。因此,本文研究了溶液性質(zhì)、有機物理化性質(zhì)以及碳納米管結(jié)構(gòu)與表面性質(zhì)對有機污染物在碳納米管上的吸附、競爭吸附與脫附行為的影響規(guī)律及機理,建立了吸附作用的定量預(yù)測模型。論文取得了以下一些研究結(jié)果：(1)pH對有機物在碳納米管上吸附作用的影響主要與有機物的解離狀態(tài)有關(guān),與碳納米管表面氧化程度無關(guān)。不可離子化有機物在碳納米管上的吸附作用不受pH的影響,可離子化有機物解離后在碳納米管上的吸附作用減弱。發(fā)現(xiàn)1-萘酚在堿性條件下會發(fā)生轉(zhuǎn)化,未轉(zhuǎn)化的1-萘酚能與碳納米管表面含氧官能團發(fā)生類聚合反應(yīng)而促進吸附作用。(2)由于水分子的競爭作用,碳納米管表面氧化會降低其對有機物的比表面積標(biāo)化飽和吸附量,但不會改變其與有機物之間吸附作用力的強弱。有機物與碳納米管的吸附親和力越強,那么有機物的可吸附點位越多,其比表面積標(biāo)化飽和吸附量在碳納米管氧化后的減少程度越小。(3)碳納米管對有機物的飽和吸附量(Q0)與碳納米管比表面積(Asurf)以及表面含氧官能團含量(Nacidic groups)之間存在顯著的多元線性關(guān)系：QO=0.591 (±0.023)×Asurf-77.7(±17.7)×Nacidic groups-9.98(±5.53)。碳納米管對有機物的吸附親和力參數(shù)(E、b)與有機物的溶劑化參數(shù)(am、π*)之間存在顯著的多元線性溶劑化能量關(guān)系：E(b)=β1×αm+π1×π*+C。碳納米管對有機物的吸附親和力不受碳納米管管長及表面氧化性質(zhì)的影響,但與碳納米管微孔比表面積大小呈正相關(guān)。建立了基于有機物理化性質(zhì)與碳納米管結(jié)構(gòu)及表面性質(zhì),且具有明確物理意義的吸附作用定量預(yù)測模型。(4)萘的競爭作用減弱了非解離態(tài)2,4-二氯苯酚/對氯苯胺在碳納米管上的吸附親和力,但沒有改變它們的飽和吸附量；解離態(tài)2,4-二氯苯酚／對氯苯胺在碳納米管上的吸附親和力及飽和吸附量均被萘強烈地抑制。非解離態(tài)2,4-二氯苯酚／對氯苯胺的競爭作用不僅減弱了萘的吸附親和力,而且降低了它的飽和吸附量；但解離態(tài)2,4-二氯苯酚/對氯苯胺對萘的吸附親和力及飽和吸附量均沒有影響。萘與非解離態(tài)2,4-二氯苯酚/對氯苯胺之間形成了雙分子層競爭吸附,而萘與解離態(tài)2,4-二氯苯酚/對氯苯胺之間為單分子層競爭吸附。(5)硝基苯、苯酚及其芳環(huán)取代物在碳納米管上沒有脫附滯后現(xiàn)象。苯胺和對甲基苯胺在表面氧化碳納米管上有顯著的脫附滯后現(xiàn)象。通過熱力學(xué)實驗發(fā)現(xiàn),有機物分子中的胺基官能團(-NH2)與碳納米管表面含氧官能團(-COOH/-COOR)之間發(fā)生了吸熱且不可逆的酰胺化反應(yīng),形成了酰胺化學(xué)鍵,從而導(dǎo)致脫附滯后現(xiàn)象。酰胺化反應(yīng)屬于親核取代反應(yīng),吸電子官能團(如-NO2和-C1)會降低有機物胺基官能團的親核性,減弱其與碳納米管表面含氧官能團之間的酰胺化反應(yīng),從而減弱有機物在碳納米管上的脫附滯后現(xiàn)象。相反,給電子官能團(如-CH3)會增強其在碳納米管上的脫附滯后現(xiàn)象。
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：X703

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本文編號：2674457