發(fā)布時(shí)間：2020-05-21 14:41

【摘要】：研究碳納米管對(duì)有機(jī)污染物的吸附作用機(jī)理以及建立吸附定量預(yù)測(cè)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(píng)價(jià)碳納米管與有機(jī)污染物環(huán)境生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的重要內(nèi)容。水質(zhì)條件、有機(jī)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(duì)有機(jī)污染物吸附作用的重要因素。真實(shí)環(huán)境中,往往多種有機(jī)污染物是共同存在的,并會(huì)顯著影響有機(jī)污染物的吸附行為。有機(jī)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(huì)影響碳納米管與有機(jī)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(jī)物理化性質(zhì)以及碳納米管結(jié)構(gòu)與表面性質(zhì)對(duì)有機(jī)污染物在碳納米管上的吸附、競(jìng)爭(zhēng)吸附與脫附行為的影響規(guī)律及機(jī)理,建立了吸附作用的定量預(yù)測(cè)模型。論文取得了以下一些研究結(jié)果：(1)pH對(duì)有機(jī)物在碳納米管上吸附作用的影響主要與有機(jī)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(jī)物在碳納米管上的吸附作用不受pH的影響,可離子化有機(jī)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(huì)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(tuán)發(fā)生類聚合反應(yīng)而促進(jìn)吸附作用。(2)由于水分子的競(jìng)爭(zhēng)作用,碳納米管表面氧化會(huì)降低其對(duì)有機(jī)物的比表面積標(biāo)化飽和吸附量,但不會(huì)改變其與有機(jī)物之間吸附作用力的強(qiáng)弱。有機(jī)物與碳納米管的吸附親和力越強(qiáng),那么有機(jī)物的可吸附點(diǎn)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(duì)有機(jī)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(tuán)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(duì)有機(jī)物的吸附親和力參數(shù)(E、b)與有機(jī)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(duì)有機(jī)物的吸附親和力不受碳納米管管長(zhǎng)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(jī)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(cè)模型。(4)萘的競(jìng)爭(zhēng)作用減弱了非解離態(tài)2,4-二氯苯酚/對(duì)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(duì)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(qiáng)烈地抑制。非解離態(tài)2,4-二氯苯酚／對(duì)氯苯胺的競(jìng)爭(zhēng)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(duì)氯苯胺對(duì)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(duì)氯苯胺之間形成了雙分子層競(jìng)爭(zhēng)吸附,而萘與解離態(tài)2,4-二氯苯酚/對(duì)氯苯胺之間為單分子層競(jìng)爭(zhēng)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(duì)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(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),有機(jī)物分子中的胺基官能團(tuán)(-NH2)與碳納米管表面含氧官能團(tuán)(-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(tuán)(如-NO2和-C1)會(huì)降低有機(jī)物胺基官能團(tuán)的親核性,減弱其與碳納米管表面含氧官能團(tuán)之間的酰胺化反應(yīng),從而減弱有機(jī)物在碳納米管上的脫附滯后現(xiàn)象。相反,給電子官能團(tuán)(如-CH3)會(huì)增強(qiáng)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(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：X703

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本文編號(hào)：2674457