【摘要】：隨著表面官能團化碳納米材料在生物醫(yī)學(xué)、材料科學(xué)、電子、環(huán)境保護等領(lǐng)域展現(xiàn)出越來越多的應(yīng)用前景,全面探索其對有機污染物在環(huán)境中遷移及歸宿的影響對于全面評估表面官能團化碳納米材料的環(huán)境風險具有重要的意義。 本論文以氯苯類、酚類及胺類芳香烴作為吸附質(zhì),以不同表面官能團化碳納米材料為吸附劑,通過批量實驗法和搖瓶法,系統(tǒng)的研究了不同表面官能團化碳納米材料對有機污染物的吸附解吸行為及機理研究,以及重金屬離子對其吸附行為的影響。研究表明,對于不同的表面官能團化碳納米材料,由于其表面官能團不同,疏水性能及與有機物的作用機理不同,對有機污染物的吸附能力也有所不同。對于氯苯類、酚類芳香烴,在表面官能團化后的碳納米管上的吸附比原始碳納米管上要弱,這主要是因為表面官能團化碳納米管由于表面官能團增加,親水性增強,與污染物間的疏水作用減弱,因此其吸附能力減弱；而對于胺類芳香烴,在表面官能團化后的碳納米管上的吸附則比原始碳納米管上要強,主要是因為碳納米管上的酸性表面官能團可與胺類芳香烴上的氨基形成較強的路易斯酸堿作用,所以吸附增強。對于大多數(shù)有機污染物在碳納米材料上的吸附解吸都能很快的達到平衡,且吸附可逆。 為了更加真實的反映碳納米材料對有機污染物的吸附行為,本論文選擇了環(huán)境中常見的重金屬離子Cu(Ⅱ),研究了其對碳納米材料吸附有機污染物的影響。研究表明,Cu(Ⅱ)具有較強的絡(luò)合能力,可以與碳納米管表面的含氧官能團和含氮官能團形成絡(luò)合物,通過橋聯(lián)作用增強酚類和胺類芳香烴在碳納米管上的吸附,可以明顯的影響酚類和胺類芳香烴在表面含氧含氮的碳納米管上的吸附行為。 由于碳納米材料在環(huán)境條件中可能以不同的形式存在,因此本文以膠體態(tài)氧化石墨烯(GONPs)為研究對象,采用微損耗-固相微萃取方法,深入分析了有機污染物在膠體態(tài)碳納米材料的吸附機理。研究表明：有機污染物在GONPs上的吸附行為與在其他碳納米材料上的吸附行為有明顯的不同。由于氧化石墨烯在水中分散性強,并且以單獨的片層結(jié)構(gòu)存在,其吸附能比其他碳納米材料分布均一,因此有機污染物在GONPs上的吸附線性更強。其次,對于酚類芳香烴在GONPs上的吸附,氫鍵作用比π-πEDA作用強,這點也與以π-πEDA作用為主導(dǎo)作用的碳納米管上的吸附機理明顯不同。但是對于疏水性化合物的吸附,GONPs和其他碳納米材料一樣,都是以π-πEDA作用為主；對于胺類化合物在GONPs上的吸附,主要以化合物上的氨基和GONPs上的含氧基團之間的路易斯酸堿作用為主。 本論文研究表明,通過對碳納米材料進行表面官能團化,可以有效的改變碳納米材料對有機污染物的吸附性能,可以為碳納米材料作為潛在吸附材料大規(guī)模運用于環(huán)境治理和修復(fù)實踐以及作為藥物載體等方面提供理論支持；研究不同水化學(xué)條件下不同形態(tài)碳納米材料的吸附性能,也為評價碳納米材料釋放到環(huán)境中后在不同水化學(xué)條件下的環(huán)境行為提供了重要的技術(shù)參考,為全面評價碳納米材料的環(huán)境風險起到了啟示作用。
【學(xué)位授予單位】：南開大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TB383.1;X505
【圖文】：

1)氮氣吸附-解吸等溫線如圖2.2所示為溫度77 K、相對壓力P/Po為10_7?1時氮氣在三種碳納米管上的吸附-解吸等溫線，其中橫坐標為相對壓力P/P。，縱坐標為氮氣的吸附量。根據(jù)不同的相對壓力P/Pg下，氮氣吸附-解吸等溫線的形狀能夠為碳納米管的形態(tài)結(jié)構(gòu)提供信息。根據(jù)丨UPAC的分類，氮氣在原始碳納米管上的吸附脫附等溫線符合IV型，在氧化碳納米管和氨基化碳納米管上吸附托福等溫線符合n型。|5 35 1 1 30 j-25 ■ ： ■g / r-SWNT adsorption // r-SWNT desorptionS 15 O-SWNT adsorption< 10 O-SWNT desorption^ N-SWNT adsorptionc 5 'N-SWNT desorption3 0 X— > . 1 . 1 I a 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0Reletive Pressure (P/P。）圖2.2三種碳納米管的氮氣吸附解吸等溫線如圖2.2所示，在相同的相對壓力P/PG下，氮氣在三種碳納米管上的吸附量大小順序為：r-SWNT > O-SWNT > N-SWNT；當相對壓力P/Po大于0.8時這種現(xiàn)象尤為明顯——原始碳納米管上的吸附量遠大氧化碳納米管和氨基化碳納米管的吸附量。a) 在相對壓力P/Pg較低（即P/Pg小于0.4)時

原子粒顯微鏡是檢測膠體態(tài)碳納米顆粒物的微觀結(jié)構(gòu)（微觀形貌、存在狀態(tài)和厚度分布）常用的檢測手段。圖4.2為膠體態(tài)氧化石墨烯的原子粒顯微鏡照片，其中圖(a)為20 mg/L GONPs在0.5 mM NaCl溶液中的圖像，圖(b)為20mg/L GONPs在10 mM磷酸鹽緩沖液中的圖像。總體而言，根據(jù)觀察到的原子粒顯微鏡結(jié)果來看，氧化石墨煉的結(jié)構(gòu)為片層結(jié)構(gòu)，厚度約為1.3-1.4 nm,這表明GONPs分散均勾，主要為單層結(jié)構(gòu)。這與其他的膠體態(tài)碳納米材料（如碳納米管和C60)有明顯的不同，因為即使在膠體態(tài)，碳納米管也很容易聚集在一起形成束狀結(jié)構(gòu)[19

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本文編號：2742308