磁性碳納米管的制備及性能研究

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 題 目磁性多壁碳納米管的制 備及其性能研究 系 （院）化學(xué)與化工系 專 業(yè)化學(xué)工程與工藝 班 級(jí)2009 級(jí) 2 班 學(xué)生姓名韓方欣 學(xué) 號(hào)2009022608 指導(dǎo)教師張巖 職 稱講師 二一三年六月十八日 獨(dú) 創(chuàng) 聲 明 本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)，是本人在指導(dǎo)老師的指 導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果，成果不存在知識(shí)產(chǎn)權(quán)爭(zhēng)議。 盡我所知，除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本設(shè)計(jì)（論文）不含任何 其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)過(guò)的作品成果。對(duì)本文的研究做出重 要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體均已在文中以明確方式標(biāo)明。 本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。 作者簽名: 二一三年 月 日 畢業(yè)

2、設(shè)計(jì)（論文）使用授權(quán)聲明 本人完全了解濱州學(xué)院關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 的規(guī)定。 本人愿意按照學(xué)校要求提交學(xué)位論文的印刷本和電子版，同意學(xué) 校保存學(xué)位論文的印刷本和電子版，或采用影印、數(shù)字化或其它復(fù)制 手段保存設(shè)計(jì)（論文）；同意學(xué)校在不以營(yíng)利為目的的前提下，建立 目錄檢索與閱覽服務(wù)系統(tǒng)，公布設(shè)計(jì)（論文）的部分或全部?jī)?nèi)容，允 許他人依法合理使用。 （保密論文在解密后遵守此規(guī)定） 作者簽名: 二一三年 月 日 濱州學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 I 磁性多壁碳納米管的制備及性能研究 摘 要 本研究以多壁碳納米管為實(shí)驗(yàn)材料，綜合論述了磁性多壁碳納米 管的制備方法及其性能研究，還通過(guò)響應(yīng)面分析方法探討了

3、磁性多壁 碳納米管吸附去除染料廢水中羅丹明 B 的最佳工藝條件，采用紫外可 見(jiàn)分光光度計(jì)測(cè)定了染料廢水中羅丹明 B 的吸光度，以確定染料廢水 中羅丹明 B 的去除率，進(jìn)而研究吸附時(shí)間，羅丹明 B 濃度，pH 值及吸 附溫度對(duì)磁性多壁碳納米管吸附性能的的影響。具體研究?jī)?nèi)容和研究 結(jié)果如下： (1)本實(shí)驗(yàn)采用浸漬法將多壁碳納米管制備成帶有磁性的磁性多壁 碳納米管。 (2)采用單因素實(shí)驗(yàn)和響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)初步確定了磁性多壁碳納米管吸 附去除染料廢水中羅丹明 B 的工藝條件，即吸附時(shí)間為 12.00 h，羅丹 明 B 濃度為 3.7 mg/L，吸附溫度為 30 ，pH 值為 4.50。 (3)經(jīng)測(cè)定優(yōu)化后得

4、到的羅丹明 B 的去除率為 0.993717。 關(guān)鍵詞：磁性多壁碳納米管；響應(yīng)面；吸附；羅丹明 濱州學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 II The Research of the Preperation and Properties on Magnetic MWCNTs Abstract In this study, magnetic MWCNTs were used as experimental materials and the research of the method of the synthesis and properties on the magnetic MWCNTs were compr

5、ehensively discussed. Whats more, the optimum conditions of removal and adsorption of dye wastewater with rhodamine-B were analysised through the response surface methodology. In order to gain the removal rate of rhodamine-B in the dye wastewater, the absorbency of rhodamine-B was determined by Usin

6、g UV-Vis spectrophotometer. And then the research of adsorption time, the concentration of Rhodamine-B, pH value and adsorption temperature effect on the properties of magnetic MWCNTs were performed. The concrete research contents and results are as follows: (1)In the experiment, the impregnation wa

7、s adopted in order to convert the MWCNTs into magnetic MWCNTs which is magnetic and can be easier to be separated. (2)The optimum conditions of removal and adsorption of rhodamine-B in the dye wastewater were preliminarily determined by the single factor experiment and the response surface experimen

8、t. It is the adsorption time 12.00 h, the pH value 4.50, the rhodamine-B 3.7 mg/L, adsorption temperature 30 . (3)The removal rate measured after the optimization of rhodamine-B was0.993717. Key words: Magnetic MWCNTs; RSM; Adsorption; Rhodamine-B 濱州學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 i 目 錄 引言引言.1 第一章第一章 磁性碳納米管及染料廢水簡(jiǎn)介磁性碳納米管及染

9、料廢水簡(jiǎn)介.2 1.1 磁性碳納米管的簡(jiǎn)單介紹 .2 1.1.1 磁性碳納米管結(jié)構(gòu) .2 1.1.2 磁性碳納米管的制備方法 .2 1.1.3 磁性碳納米管的研究現(xiàn)狀 .3 1.1.4 磁性碳納米管的應(yīng)用 .3 1.1.5 磁性碳納米管的前景 .4 1.2 染料廢水簡(jiǎn)介 .4 1.2.1 染料廢水的分類.5 1.2.2 染料廢水的危害.5 1.2.3 染料廢水的處理方法.5 第二章第二章 實(shí)驗(yàn)研究的目的意義及方案設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)研究的目的意義及方案設(shè)計(jì).7 2.1 研究的目的意義.7 2.2 研究的內(nèi)容.8 2.3 研究目標(biāo).8 2.4 實(shí)驗(yàn)材料及儀器.8 2.5 研究方案設(shè)計(jì).9 2.5.1 磁性多

10、壁碳納米管的制備.9 2.5.2 羅丹明 B 溶液的配制.9 2.5.3 單因素實(shí)驗(yàn) .9 2.5.4 響應(yīng)面優(yōu)化部分.15 第三章第三章 實(shí)驗(yàn)結(jié)論實(shí)驗(yàn)結(jié)論.27 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn).28 濱州學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 1 引言 染料作為重要的精細(xì)化工產(chǎn)品之一，與人類的衣食住行息息相關(guān)。隨著染料工 業(yè)的蓬勃發(fā)展，其產(chǎn)生的廢水已經(jīng)成為當(dāng)前水體污染的重要原因之一。由于染料的 生產(chǎn)、染色工藝流程各不相同，以及染料產(chǎn)品種類繁多，生產(chǎn)量以及組成的區(qū)別， 且染料廢水的水質(zhì)具有濃度高，BOD 和 COD 值高，色澤較重、可生化性差等水質(zhì) 特征，如果不經(jīng)處理而將染料廢水直接排放則會(huì)對(duì)日益緊張的飲用水資源造成極大 地污染

11、，所以有效地處理好染料廢水是一項(xiàng)十分重要的課題，也是一項(xiàng)難題。 目前，染料廢水的處理方法大致分為物理法、化學(xué)法、電化學(xué)法及生化法等。 吸附法是是一種物理方法，即通過(guò)將多孔性固體顆粒（如多壁碳納米管等）與染料 廢水直接接觸，利用多壁碳納米管的表面活性，將染料廢水中的有害物質(zhì)吸附到其 表面，以達(dá)到降低廢水中有害物質(zhì)濃度的方法。該方法具有吸附效率高，適用性好， 操作簡(jiǎn)單，性能穩(wěn)定及低能耗等優(yōu)點(diǎn)。利用具有表面活性的多壁碳納米管來(lái)吸附廢 水中的有害物質(zhì)已得到了廣泛的應(yīng)用，但是由于其存在難分離、難回收利用等缺點(diǎn)， 因此給多壁碳納米管負(fù)載上磁性顆粒是非常必要的。利用磁性多壁碳納米管來(lái)處理 有機(jī)染料廢水已經(jīng)取

12、得了研究進(jìn)展，本論文在探討研究負(fù)載有磁性的多壁碳納米管 的吸附性能并確定其吸附去除染料廢水中羅丹明 B 的最佳工藝條件。 濱州學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 2 第一章 磁性碳納米管及染料廢水簡(jiǎn)介 1.1 磁性碳納米管的簡(jiǎn)單介紹磁性碳納米管的簡(jiǎn)單介紹 就在十幾年以前，人們還認(rèn)為碳的同素異形體就只有兩種，即石墨和金剛石。 然而，1991 年多壁碳納米管（MWNTs）在日本的基礎(chǔ)研究實(shí)驗(yàn)室被 Iijima 博士及 電鏡專家利用高分辨透射電鏡（HRTEM）發(fā)現(xiàn)1。MWCNTs 是長(zhǎng)徑比很大的一維 納米材料，它由多層石墨烯片卷曲而成。事實(shí)上，S.Iijima 最初發(fā)現(xiàn)的碳納米管就 是 MWCNTs。通常認(rèn)為，MWC

13、NTs 由同心同軸不同徑管套裝而成2。這種管是一 種無(wú)縫中空管，它由碳原子構(gòu)成，可以看做是由不同的單層石墨網(wǎng)面卷曲 360套 在一塊而成3。而磁性碳納米管又可以被稱為碳納米管基具有納米磁性的復(fù)合粒子， 它是以納米尺度的一維碳納米材料為基體，在上面包覆或填充納米磁性離子而制成 的功能型納米復(fù)合材料4。 1.1.1 磁性碳納米管結(jié)構(gòu)磁性碳納米管結(jié)構(gòu) 碳納米管可以看做是徑向尺寸很小的無(wú)縫鋼管，它的管壁則是由類石墨微晶的 碳原子 SP2雜化和周圍三個(gè)碳原子完全鍵合而形成六邊形碳環(huán)來(lái)構(gòu)成的5。依據(jù)構(gòu) 成碳納米管管壁層數(shù)的不同，將其分為多壁碳納米管和單壁碳納米管兩類。碳納米 管的主要結(jié)構(gòu)特征有：（1）具有

14、納米量級(jí)的尺寸，具有極高的長(zhǎng)徑比，典型的碳 納米管直徑在數(shù)納米至數(shù)十納米左右，長(zhǎng)度可達(dá)微米到厘米量級(jí)，可被視為準(zhǔn)一維 分子；（2）具有封閉結(jié)構(gòu)的純碳材料，其管壁可以看作是由單層或者多層的石墨 烯片卷曲無(wú)縫結(jié)合而成的，內(nèi)部具有中空內(nèi)腔結(jié)構(gòu)，頂部則由石墨烯半球封帽。因 碳納米管具有獨(dú)特的微孔結(jié)構(gòu)、較大的比表面積、含有不同表面能量的多種吸附中 心等重要特點(diǎn)，使得它在吸附氣態(tài)、液態(tài)污染物等方面顯示出了其他任何材料都無(wú) 法比擬的優(yōu)勢(shì)。 （3）磁性顆粒如 Fe、Fe2O3等包覆在多壁碳納米管的表面，使得多 壁碳納米管具有了磁性。 1.1.2 磁性碳納米管的制備方法磁性碳納米管的制備方法 （1）共沉淀法：即

15、利用強(qiáng)酸將碳納米管純化處理后，將其分散在金屬的鹽溶 液中，并施加超聲處理，再加入合適的沉淀劑，則會(huì)在溶液中發(fā)生共沉淀反應(yīng)，產(chǎn) 生的沉淀則會(huì)析出并沉積在碳納米管表面。將這些碳納米管干燥后研磨，再將其在 惰性氣體的保護(hù)下煅燒則會(huì)得到磁性碳納米管。 （2）化學(xué)氣象沉淀法：又稱為催化熱解法。它是先通過(guò)在碳納米管表面上沉 濱州學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 3 積納米粒子，再通過(guò)催化裂解含碳化合物及烴類等就可以制備出磁性碳納米管。 （3）水熱法：先采用化學(xué)共沉淀法制備出沉積有納米顆粒的碳納米管前驅(qū)體， 隨后將其懸浮液加入密閉反應(yīng)器中加熱，再利用加熱時(shí)所產(chǎn)生的高溫高壓來(lái)促使晶 體的增長(zhǎng)，從而制備出磁性碳納米管。 （4）

16、自組裝法：首先在碳納米管表面引入功能團(tuán)對(duì)其進(jìn)行改性，再將其投入 磁性納米粒子的懸浮液中，靠他們之間的靜電作用將磁性納米粒子高效的組裝在碳 納米管的表面，從而制備出磁性碳納米管。 （5）多元醇法：將碳納米管和金屬鹽充分分散在多元醇溶液中，超聲處理， 高溫水解處理，則金屬鹽就會(huì)在碳納米管表面析出，就可以得到磁性碳納米管2。 （6）浸漬法：將利用強(qiáng)酸純化過(guò)的碳納米管浸漬在飽和的 Fe(NO3)3溶液中， 浸漬 24 h 后過(guò)濾，烘干，并將其在惰性氣體保護(hù)下煅燒即可以得到具有磁性的碳 納米管。 1.1.3 磁性碳納米管的研究現(xiàn)狀磁性碳納米管的研究現(xiàn)狀 磁性納米材料產(chǎn)生于二十世紀(jì)七十年代后并隨之發(fā)展成為

17、最具影響力和廣闊應(yīng) 用前景的新型磁性材料。磁性材料與自動(dòng)化、信息化、國(guó)防化、以及機(jī)電一體化等 國(guó)民生活的各方面息息相關(guān)。對(duì)納米磁性材料的探討研究與實(shí)施產(chǎn)業(yè)化正在摸索中， 但部分研究已經(jīng)投產(chǎn)并取得了一定的經(jīng)濟(jì)效益6。 磁性納米材料大致可分三個(gè)類型7：（1）納米顆粒型，主要包括磁性液體、 磁記錄介質(zhì)、吸波材料和磁性藥物等；（2）納米微晶型，主要包括納米微晶軟磁 材料和納米微晶永磁材料；（3）納米結(jié)構(gòu)型，主要包括天然納米結(jié)構(gòu)材料（包括 鈣鈦礦型化合物等）以及人工納米結(jié)構(gòu)材料（多層膜、薄膜、顆粒膜、納米有序陣 列和隧道結(jié)） 。目前，對(duì)碳納米管的研究最引人注目，它有著一系列優(yōu)點(diǎn)，是一種 新型功能材料，它

18、同時(shí)具有比表面積大、機(jī)械強(qiáng)度高、界面效應(yīng)強(qiáng)、電導(dǎo)率高等特 點(diǎn)，以及特殊的物理、化學(xué)機(jī)械性能，在社會(huì)各領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用8。 1.1.4 磁性碳納米管的應(yīng)用磁性碳納米管的應(yīng)用 磁性碳納米管不僅具有單一納米粒子所具有的一些性能，如體積效應(yīng)、量子尺 寸效應(yīng)及表面效應(yīng)等特性，還具有對(duì)周圍物質(zhì)協(xié)同促進(jìn)的作用，這就有效的解決了 多壁碳納米管在液體溶劑中難分散及易團(tuán)聚等難題，且可以實(shí)現(xiàn)納米材料在納米尺 度上的設(shè)計(jì)與組裝3。 濱州學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 4 在綠色能源利用方面，碳納米管在儲(chǔ)氫方面表現(xiàn)出獨(dú)特的性質(zhì)，它的孔結(jié)構(gòu)可 以吸附大量的氫氣，因此，碳納米管也被認(rèn)為是一種新的高效儲(chǔ)氫的材料。顧沖9 等利用單壁碳納米

19、管吸附氫氣的計(jì)算機(jī)模擬驗(yàn)證了碳納米管來(lái)儲(chǔ)氫的可能性。在力 學(xué)應(yīng)用方面10，碳納米管具有巨大的長(zhǎng)徑比，具有很強(qiáng)的抗拉力，另外它具有很好 的可彎性，因此碳納米管有可能成為一種新型的高強(qiáng)度的碳纖維材料。在催化劑應(yīng) 用方面11，碳納米管具有很大的表面積，所有的原子都為表面原子，它可以用來(lái)作 催化劑的載體，并且能夠最大限度的來(lái)提高催化劑的催化作用，并且證明這種催化 劑的活性很高，反應(yīng)的速度也很快。在污水治理方面，碳納米管具有豐富的納米孔 隙結(jié)構(gòu)和極大的比表面積的性質(zhì)，這些性質(zhì)也決定它具有很好的吸附能力，所以在 環(huán)境污染治理中有很大的應(yīng)用潛力，在污水治理方面中主要用來(lái)吸附重金屬、非金 屬無(wú)機(jī)化學(xué)毒物、各種

20、農(nóng)藥等有機(jī)化學(xué)污染物，例如，王曙光等12利用碳納米管有 效地去除水體中的 Pb2+；Li 等13用碳納米管負(fù)載氧化鋁制備而成的新型碳納米管 除氟能力是活性炭的 13.5 倍。 1.1.5 磁性碳納米管的前景磁性碳納米管的前景 碳納米管是一種新興的材料，它的耐腐蝕性好，導(dǎo)電性很好，利用碳納米管的 這些性質(zhì)可以制造出許多性能優(yōu)異的復(fù)合材料，復(fù)合材料通常是兩相或多相物質(zhì)的 混合物，但是它又表現(xiàn)出與以單獨(dú)相存在時(shí)的不同性能。一般的復(fù)合材料通常比表 面積較小，是微米級(jí)的。與一般復(fù)合材料不同，納米復(fù)合材料中通常至少有一相物 質(zhì)是在納米級(jí)（1-100nm）范圍內(nèi)，因此它具有很大的比表面積1。使這些復(fù)合材 料

21、耐沖擊性好，耐磨損，穩(wěn)定性好，也不容易對(duì)環(huán)境造成影響。 碳納米管還能夠給物理學(xué)家提供用來(lái)研究毛細(xì)現(xiàn)象機(jī)理最細(xì)小的毛細(xì)管，也能 給化學(xué)家提供進(jìn)行納米化學(xué)反應(yīng)最細(xì)的試管。隨著納米科學(xué)和納米技術(shù)的發(fā)展，人 們也會(huì)利用納米器件來(lái)改善衛(wèi)生保健、提高人們的能力。總之，碳納米管起步雖晚， 但發(fā)展卻很快，它的內(nèi)容豐富，前景誘人，通過(guò)對(duì)碳納米管的研究，必定能夠帶動(dòng) 相應(yīng)學(xué)科的發(fā)展。 1.2 染料廢水簡(jiǎn)介染料廢水簡(jiǎn)介 染料主要是指的可溶于水的有色的有機(jī)化合物，他們主要應(yīng)用于天然纖維如棉、 麻、絲等和化學(xué)纖維的印刷圖案和染色等。目前，常見(jiàn)的染料超過(guò) 2000 多種，據(jù) 統(tǒng)計(jì)所有染料品種已多于十萬(wàn)種14。 濱州學(xué)院學(xué)

22、士學(xué)位論文 5 1.2.1 染料廢水的分類染料廢水的分類 （1）酸性染料廢水：它是利用可溶于水的酸性染料染色過(guò)程中而形成，這里 染料的色素離子通常以羧基和磺酸基為水溶性集團(tuán)，通常可以在酸性環(huán)境中對(duì)纖維 及皮革等染色。一般說(shuō)來(lái)，酸性染料的分子量越小，結(jié)構(gòu)越簡(jiǎn)單，其廢水就越難處 理。 （2）活性染料廢水：它是由具有能和纖維發(fā)生共價(jià)鍵結(jié)合和的官能團(tuán)分子在 染色過(guò)程中而形成，這種廢水主要產(chǎn)生于纖維的染色和印花過(guò)程中，通常，由于活 性染料的親水性較好，因此這種廢水是最難處理的染料廢水之一。 （3）直接染料廢水：通常是由直接染料在含鹽電解質(zhì)溶液對(duì)纖維素纖維染色 過(guò)程中而形成，直接染料廢水較易用混凝法來(lái)處理

23、。 （4）分散染料廢水：它通常由水溶性低的非離子型染料對(duì)纖維染色和印花過(guò) 程中產(chǎn)生。 （5）還原染料廢水：這類廢水中通常含有蒽醌結(jié)構(gòu)，主要產(chǎn)生于棉、麻、粘 膠的染色過(guò)程中15-17。 1.2.2 染料廢水的危害染料廢水的危害 據(jù)統(tǒng)計(jì)，僅僅在染料生產(chǎn)過(guò)程中，染料本身就可損失 2%，而在使用過(guò)程中， 損失的會(huì)更多。染料廢水往往都具有顏色，排至江河中則會(huì)導(dǎo)致水體透明度下降， 進(jìn)而會(huì)影響水生植物的光合作用，導(dǎo)致水生動(dòng)植物的死亡。另外，染料與人體皮膚 接觸后可能會(huì)被吸收并在體內(nèi)擴(kuò)散，伴隨著人體的新陳代謝，這些染料還會(huì)誘發(fā)身 體的病變以及致癌。 1.2.3 染料廢水的處理方法染料廢水的處理方法 通常，合成

24、的染料難以通過(guò)水洗、陽(yáng)光照射等方法降解，必須采用特殊的方法 去除，常被采用的方法包括物理法、化學(xué)法及生物法。 一、物理法 （1）吸附法 吸附法是上世紀(jì) 70 年代在工業(yè)廢水處理中備受關(guān)注的一種方法，吸附往往受 到溫度、pH 值及時(shí)間等多種因素的影響，還受到其中任兩種因素交互作用的影響。 碳納米管 濱州學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 6 碳納米管自從被發(fā)現(xiàn)以來(lái)，就以其比表面積大、吸附容量大、吸附效率高等優(yōu) 點(diǎn)備受關(guān)注，隨著納米科學(xué)的發(fā)展，納米復(fù)合材料的問(wèn)世使得碳納米管可更加高效 的吸附染料廢水中的有機(jī)物和無(wú)機(jī)物，并實(shí)現(xiàn)了可回收利用。因此，這是一種優(yōu)良 的吸附劑。 活性炭18 活性炭可對(duì)各種染料廢水進(jìn)行脫色處理

25、，且它的吸附效果受到活性炭用量的影 響，往往活性炭用量越多，吸附效果越好。但是活性炭的應(yīng)用受到價(jià)格的限制，且 活性炭的再生也是一大難題，再生過(guò)程中會(huì)損失 10-15%。 而活性炭纖維的問(wèn)世解決了這一難題，它具有較大的比表面積和表面基團(tuán)，具 有獨(dú)特的微孔結(jié)構(gòu)使其具備了吸附速度快、吸附容量大及易再生等優(yōu)點(diǎn)，因此，這 是一種優(yōu)良的吸附劑。 泥煤 它主要用于處理染料廢水中的極性有機(jī)物及過(guò)渡金屬，它在使用后不需要活化， 且價(jià)格低廉，得到了廣泛應(yīng)用。 其他材料 雖然吸附效果可能沒(méi)有合成染料的好，但天然材料有時(shí)也可以做吸附劑。這些 材料包括：煤灰、粘土、高嶺土、漂白土、硅藻土、斑脫土，焦化白云石、水滑石、

26、硅石、礦渣及珍珠巖等。 （2）膜分離 膜分離技術(shù)兼有濃縮、澄清功能，可以適用于連續(xù)系統(tǒng)，且不易受周圍溫度及 不利化學(xué)環(huán)境的影響。但是它的應(yīng)用受到費(fèi)用高、處理廢水濃度、膜需要經(jīng)常更換、 膜易堵塞等的限制。 （3）輻射 輻射技術(shù)可以在充足溶解氧存在環(huán)境下有效降解有機(jī)污染物，輻射過(guò)程中，溶 解氧往往被消耗的很快。 二、化學(xué)法 化學(xué)氧化通常是采用氧化劑如 H2O2、O3、NaOCl 等來(lái)對(duì)染料廢水進(jìn)行處理的 方法，依據(jù)氧化劑及活化反應(yīng)的方式不同，化學(xué)氧化法分為： Fenton 氧化法 濱州學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 7 該方法往往用于用生物法不能降解的有毒有機(jī)廢水，F(xiàn)enton 法以鐵離子為催化 劑、H2O2為

27、氧化劑來(lái)去除染料，這種方法能同時(shí)去除染料廢水中已溶解及未溶解 的染料。Fenton 法的反應(yīng)條件溫和，氧化能力強(qiáng)，設(shè)備簡(jiǎn)單，應(yīng)用范圍廣。缺點(diǎn)是 處理過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生淤泥，淤泥需要進(jìn)一步燃燒處理對(duì)環(huán)境不利且處理費(fèi)用高。 O3氧化法 臭氧的性質(zhì)很活潑，具有很強(qiáng)的氧化能力，能處理廢水中多種有機(jī)污染物，包 括芳烴、酚、鹵代烴和殺蟲(chóng)劑。這種方法特別適合處理有雙鍵結(jié)構(gòu)的染料，過(guò)程中 所需的臭氧量取決于染料廢水中染料的濃度及 COD 含量。與 Fenton 方法不同，該 方法不產(chǎn)生淤泥且可以在短時(shí)間內(nèi)脫色。但是，該方法的成本較高，一方面臭氧發(fā) 生裝置成本高，另一方面臭氧較難溶于水。 光催化氧化法 該方法是指利用

28、 H2O2為催化劑，在紫外光的催化下，將染料分解為 H2O 和 CO2，染料的降解是由于過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生了高濃度的氫基自由基。該方法可以破壞染 料的結(jié)構(gòu)，對(duì)于結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的有機(jī)污染物而言，采用這種方法可以更徹底、高效的去 除。 電化學(xué)氧化法 該方法幾乎不采用任何試劑，也不產(chǎn)生淤泥，且廢水經(jīng)降解后無(wú)毒害，可以直 接排入渠道中。目前，國(guó)內(nèi)外也對(duì)電化學(xué)氧化法處理廢水進(jìn)行了相應(yīng)的研究，但是 對(duì)其在染料廢水中的應(yīng)用并不系統(tǒng)。 另外，采用生物法也可以降解染料廢水。常采用的真菌包括白腐真菌，曲霉菌 （Aspergillus foetidus）和曲霉菌（Aspergillus niger） 、脈飽菌（Neurspor

29、a crassa） 、 漆斑菌（Myrothecum verrucaria） 、根霉菌（Rhizopus oryzae）和根霉菌（Rhizopus arrhizus）等。常采用的細(xì)菌包括鏈球菌(Streptococcus faeclis)、梭菌(Clostridium perfrigens)、大腸桿菌(Escherichia coliNO3)、桿菌(Bacillus cereus)、桿菌(Bacillus subtilis)、氣單胞菌(Aeromonas hydrophilia var24 B)、假單胞菌(Pseudomonas pseudomallei 13NA)、假單胞菌(Pseudomo

30、nas cepacia 13NA)和假單胞菌 (Pseudomonas luteola) 等。 濱州學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 8 第二章 實(shí)驗(yàn)研究的目的意義及方案設(shè)計(jì) 2.1 研究的目的意義研究的目的意義 染料工業(yè)中會(huì)產(chǎn)生大量的染料廢水，如不及時(shí)處理會(huì)對(duì)環(huán)境造成較大的污染， 危害人們的生活。而多壁碳納米管是新型納米材料，其獨(dú)有的特性受到許多研究者 的重視。它的表面積較大，具有吸附作用，且不引入其他的雜質(zhì)，是一種良好的吸 附劑。 利用多壁碳納米管來(lái)吸附有機(jī)污染物是一種相對(duì)較好的處理方法，多壁碳納米 管的吸附效果受到吸附時(shí)間、吸附溫度、被吸附物質(zhì)濃度及 pH 值等各種因素的影 響，因此依據(jù)各個(gè)影響因素及他

31、們的交互作用來(lái)探討多壁碳納米管吸附染料廢水中 的染料最適宜的工藝條件成為了一項(xiàng)重要課題。本論文就是主要采用響應(yīng)面分析方 法來(lái)研究探討磁性多壁碳納米管來(lái)吸附去除染料廢水中羅丹明 B 的最佳工藝條件。 2.2 研究的內(nèi)容研究的內(nèi)容 （1）磁性多壁碳納米管的制備。 （2）單因素實(shí)驗(yàn)測(cè)定吸附時(shí)間、羅丹明 B 濃度、pH 值及吸附溫度對(duì)磁性多壁 碳納米管吸附去除染料廢水中羅丹明 B 的影響。 （3）采用響應(yīng)面分析方法來(lái)探討在什么條件下羅丹明 B 的去除率最優(yōu)。 2.3 研究目標(biāo)研究目標(biāo) 本論文主要研究目標(biāo)是找到磁性多壁碳納米管吸附去除染料廢水中羅丹明 B 的最佳工藝條件，為磁性多壁碳納米管處理染料廢水提

32、供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。 2.4 實(shí)驗(yàn)材料及儀器實(shí)驗(yàn)材料及儀器 表表 2.1 實(shí)驗(yàn)材料實(shí)驗(yàn)材料 Table 2.1 Experimental Materials 名稱名稱規(guī)格規(guī)格生產(chǎn)廠家生產(chǎn)廠家 濃硝酸AR萊陽(yáng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)精細(xì)化工廠 鹽酸AR（99%）萊陽(yáng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)精細(xì)化工廠 氫氧化鈉AR（99.7%)上?？品た萍加邢薰?羅丹明 BAR天津市縱橫興工貿(mào)有限公司 硝酸鐵AR天津市永大化學(xué)試劑開(kāi)發(fā)中心 濱州學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 9 濾紙11 cm撫順市民政濾紙廠 MWCNTs 的尺寸標(biāo)準(zhǔn) Diameter:2040 nm； Length:515 nm； Purity:97% Ash:F”來(lái)判斷，若“P

33、F”小于 0.0001，則表示影響極度 顯著，若“PF”小于 0.01，則表示影響高度顯著，若“PF”小于 0.05，則表示 影響顯著。對(duì)表 2.5 中實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行 ANOVA 分析，得到 ANOVA 分析結(jié)果如表 2.6 所示。 表表 2.6 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)回歸分析結(jié)果響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)回歸分析結(jié)果 Table 2.6 The Response Surface Experiment Results of Regression Analysis 濱州學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 20 AC8.046E-00410.0201.190.0437 AD4.059E-00318.046E-0046.000.0280 BC2.

34、367E-00314.059E-0033.500.0324 BD1.363E-00312.367E-0032.020.0475 CD4.870E-00311.363E-0037.200.0178 A20.04614.870E-00368.010.0001 B20.04610.04634.650.0001 C20.04610.02342.73CAB，其中 D、AB、A2、B2、C2影響極顯著， A、B、C、AC、AD、BC、BD、CD、D2顯著，由此可知，一次項(xiàng)和二次項(xiàng)對(duì)響 應(yīng)的影響是極顯著，故響應(yīng)與各影響因素之間不是簡(jiǎn)單線性關(guān)系，且因素間的交互 作用顯著。整體模型的 P0.05，不顯著。依據(jù)該

35、模型，做出響應(yīng)曲面圖及等高線圖（如圖 5-10） ，響應(yīng)曲 面圖及等高線圖可以反映出各因素及因素間交互作用對(duì)響應(yīng)的影響。等高線的形狀 反映了因素間交互作用對(duì)響應(yīng)影響的大小程度。響應(yīng)等高線越圓，則交互作用越弱， 響應(yīng)曲面彎曲弧度越大，則曲面上的等高線相應(yīng)也會(huì)偏離圓，則交互作用越強(qiáng)20。 濱州學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 21 圖圖 2.7 吸附時(shí)間和羅丹明吸附時(shí)間和羅丹明 B 濃度交互影響的曲面圖及等高線圖濃度交互影響的曲面圖及等高線圖 Figure 2.7 Surface and Contour Map of Adsorption Time and the Concentration of Rhodami

36、ne-B Interaction 濱州學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 22 圖圖 2.8 吸附時(shí)間和吸附溫度交互影響的曲面圖及等高線圖吸附時(shí)間和吸附溫度交互影響的曲面圖及等高線圖 Figure 2.8 Surface Map and Contour Map of Adsorption Time and Adsorption Temperature Interaction 濱州學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 23 圖圖 2.9 吸附時(shí)間和吸附時(shí)間和 pH 值交互影響的曲面圖及等高線圖值交互影響的曲面圖及等高線圖 Figure 2.9 Surface Map and Contour Map of Adsorption Tim

37、e and pH Value Interaction 濱州學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 24 圖圖 2.10 羅丹明羅丹明 B 濃度和吸附溫度交互影響的曲面圖及等高線圖濃度和吸附溫度交互影響的曲面圖及等高線圖 Figure 2.10 Surface Map and Contour Map of the Concentration of Rhodamine-B and Adsorption Temperature Interaction 濱州學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 25 圖圖 2.11 羅丹明羅丹明 B 濃度和濃度和 pH 值交互影響的曲面圖及等高線圖值交互影響的曲面圖及等高線圖 Figure 2.11 Surf

38、ace Map and Contour Map of the Concentration of Rhodamine-B and pH Value Interaction 濱州學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 26 圖圖 2.12 吸附溫度和吸附溫度和 pH 值交互影響的曲面圖及等高線圖值交互影響的曲面圖及等高線圖 Figure 2.12 Surface Map and Contour Map of the Adsorption Time and pH Value Interaction 由圖可知，兩因素交互作用大小順序?yàn)椋篈BCDADBCBDAC。即吸附 時(shí)間和羅丹明 B 濃度的交互作用對(duì)羅丹明 B 去除率的

39、影響最大，羅丹明 B 濃度和 pH 值的交互作用對(duì)羅丹明 B 去除率的影響最小。 3、響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)的優(yōu)化部分 軟件分析的結(jié)果如表 2.7 所示，由表可知，去除羅丹明 B 的最佳工藝條件為吸 附時(shí)間 12.00 h，羅丹明 B 濃度 3.7 mg/L，吸附溫度 29.26 ，pH 值 4.48。在此條 件下，羅丹明 B 去除率的預(yù)測(cè)值為 0.994351。 表表 2.7 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)優(yōu)化結(jié)果響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)優(yōu)化結(jié)果 Table 2.7 Results of Optimization Response Surface Experiment ConstrainsGoalLower LimitUpper Lim

40、it Lower Weight Upper weightImportance Amaximize913113 Bis in range3.55113 Cis in range46113 濱州學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 27 Dis in range2535113 R1maximize0.743470.99191113 Solutions Number吸附時(shí)間羅丹明 B 濃度吸附溫度pH 值R1Desirability 112.003.729.264.480.9943511.000Selected 在接下來(lái)的實(shí)際操作中，將吸附去除羅丹明 B 實(shí)驗(yàn)的工藝條件適當(dāng)調(diào)整為吸 附時(shí)間 12.00 h，羅丹明 B

41、濃度為 3.7 mg/L，吸附溫度 30 ，pH 值 4.50 以驗(yàn)證， 測(cè)得在此實(shí)驗(yàn)條件下羅丹明 B 的平均去除率為 0.993717，去除率的八組實(shí)驗(yàn)見(jiàn)表 2.8。相對(duì)誤差為 0.064%，因此回歸方程預(yù)測(cè)值與響應(yīng)面的實(shí)驗(yàn)值吻合良好21。 表表 2.8 驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)羅丹明驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)羅丹明 B 去除率去除率 Table 2.8 The Experiment of Removal Rate of Rhodamine-B 實(shí)驗(yàn)編號(hào)實(shí)驗(yàn)編號(hào)12345678 去除率去除率0.9952130.9932050.9943420.9931030.9921250.9922030.9942010.995344 第三章

42、 實(shí)驗(yàn)結(jié)論 本論文主要研究了磁性多壁碳納米管的制備及分離技術(shù)，運(yùn)用響應(yīng)面分析法進(jìn) 行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及數(shù)據(jù)分析，優(yōu)化吸附去除羅丹明 B 的條件，具體研究結(jié)論如下： 1、單因素實(shí)驗(yàn)表明：吸附時(shí)間在 12 h 后羅丹明 B 去除率不再變化，則可認(rèn)為 吸附時(shí)間達(dá) 12 h 即可達(dá)吸附平衡；羅丹明 B 濃度在大于 4 mg/L 時(shí)，去除率會(huì)有明 顯下降；而 pH 值及吸附溫度對(duì)羅丹明 B 去除率的影響存在最大值。 2、響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)分析表明：吸附時(shí)間、羅丹明 B 濃度、pH 值及吸附溫度的大小 對(duì)去除率的影響顯著，吸附時(shí)間與羅丹明 B 濃度的交互作用對(duì)去除率的影響極顯 著。 3、響應(yīng)的曲面圖及等高線圖表明：在吸附時(shí)間 12.08 h，羅丹明 B 濃度為 3.7 mg/L，吸附溫度 29.26 ，pH 值 4.48 的吸附條件下，可以獲得羅丹明 B 的最大去 除率，預(yù)測(cè)值為 0.992057。 4、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果表明：吸附率在最佳工藝參數(shù)條件下的測(cè)量值為 0.993717， 濱州學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 28 與回歸方程預(yù)測(cè)的最大值接近，說(shuō)明所建立的模型是合適的。 參考文獻(xiàn) 1 李松. 碳納米管基磁性復(fù)合材料的制備及改性研究D.