《衍生化碳納米管吸附有機污染物的行為及機制》是依託南開大學，由段林擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：衍生化碳納米管吸附有機污染物的行為及機制
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：段林
- 依託單位：南開大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
碳納米管對有機污染物具有很好的吸附性能。目前，學術界關注的重點在於未經處理、氧化處理的碳納米管對有機污染物的吸附，而對衍生化處理的碳納米管尚未開展相關吸附研究。碳納米管衍生化處理是納米材料化學中常用的技術手段，衍生化處理不僅影響碳納米管的π電子分布，而且能引入表面活性官能團，進而影響到碳納米管對有機污染物的吸附。本項目擬製備出衍生化碳納米管，選取環境中不同極性、芳香性和官能團的典型有機污染物，開展靜態吸附實驗，研究衍生化納米碳管對有機污染物的吸附，旨在揭示衍生化碳納米管與有機污染物間的吸附機理，重點明確衍生化碳納米管π電子的分布、表面官能團的化學性質對吸附的影響機制。項目還將結合現代譜學表征和分子模擬手段從微觀角度進一步探究衍生化碳納米管與有機污染物間的吸附機理。本項目研究成果可以加深和豐富對碳納米管吸附性能的認識，並為衍生化碳納米管在環境、生物、醫藥等領域的套用提供理論基礎和技術支持。
結題摘要
碳納米管對有機污染物有很好的吸附性能，碳納米管的衍生化處理會引起其表面化學性質和表面形貌的改變，進而影響到對有機污染物的吸附。本課題按原計畫製備了衍生化碳納米管，結合搖瓶實驗和微觀譜學表征探究了典型有機污染物在衍生化碳納米管上的吸附（選用氧化處理碳納米管和未經處理碳納米管作為對照），探討了衍生化碳納米管的形貌結構和表面化學性質（π電子分布、表面官能團的種類和數量等）對富集和釋放特定理化性質的有機污染物（極性、芳香性、官能團種類等）的影響機制，在此基礎上研究了碳納米管在水溶液中的分散狀態對富集有機污染物的影響。本研究的主要發現有以下幾點：（1）衍生化碳納米管表面富含高度極化的芳香π電子以及極性的官能團，除疏水作用外，π-π電子供受體作用和路易斯酸鹼作用是影響衍生化碳納米管吸附有機污染物的主要機制；（2）衍生化碳納米管的表面官能團的數量和種類是影響其吸附性能的關鍵因素，對於氯苯類、酚類芳烴和四環素類抗生素，在衍生化碳納米管上的吸附比未經處理的碳納米管上要弱，主要是因為衍生化處理在其表面增添極性的官能團後，親水性增強，與有機污染物間的疏水作用減弱，導致其吸附減弱；而對於胺類芳烴，在衍生化後的碳納米管上的吸附則比未經處理的碳納米管上要強，主要是因為碳納米管上的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鹼作用，導致吸其附增強；研究還發現大多數有機污染物在衍生化碳納米材料上的吸附解吸都能很快的達到平衡；（3）水溶液中具有絡合能力的常見金屬離子是影響衍生化碳納米管吸附有機污染物性能的重要因素，它們往往可以與衍生化碳納米管表面的官能團形成絡合物促進有機污染物吸附，也可以作為橋鍵可以通過形成三相絡合物極大地促進有機污染物的吸附，促進程度與金屬離子的絡合性能密切相關；（4）碳納米管對有機污染物的富集性能與其在水溶液中的存在狀態關係密切，研究發現，膠體態與非膠體態的碳納米管在水溶液中聚集狀態的差異也會導致對有機污染物的吸附能力產生一定差異。本課題研究成果的主要意義在於加深和豐富了對碳納米管吸附有機污染物性能的認識，為評價衍生化碳納米管的環境風險以及加強碳納米管的環境套用提供了理論基礎和技術支持。
