一维Cu基纳米材料的制备及其吸附性能研究

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近年来,具有一维线性结构的铜基纳米材料因尺寸可控、形貌多样、理化性质优异等特点在吸附应用方面受到了广泛的关注,这些新型吸附剂的出现将为染料废水的处理提供新的思路。在本论文中,我们对一维Cu纳米线(NWs)进行氧化和硫化处理,并用于对刚果红(CR)等染料的吸附性能测试,主要工作如下:(1)Cu NWs的氧化及其吸附性能研究如下:第一种方法是将制得的Cu NWs置于管式炉中在流通的空气环境下退火,获得Cu@Cu2O纳米管(NTs);第二种方法是将Cu NWs在过氧化氢溶液中氧化,从而形成以超薄Cu O超薄纳米片(NSs)修饰的Cu@Cu O二元纳米线(Cu@Cu O NWs)。分别将Cu@Cu2O NTs和Cu@Cu O NWs对浓度为100 mg/L的CR溶液进行吸附测试,测得最终吸附率分别为50%和65%。(2)为了提高Cu@Cu2O NTs的吸附性能,将其与氧化石墨烯(GO)进行复合,成功制得Cu@Cu2O@GO-NT-S三元复合材料。通过改变GO复合量来探索最优配比,实验结果表明,当GO添加量为20 mg时,材料对CR染料的最大吸附量为424.47 mg/g,这可以归因于GO提高了材料的分散性,同时增加了与染料的接触面积。Cu@Cu2O@GO-NT-S对CR染料的吸附符合Langmuir等温线和伪二阶动力学模型,表明吸附行为以单层化学吸附为主。(3)为了提高Cu@CuO NWs的吸附能力,将该材料进一步硫化,从而获得由Cu7S4 NTs和Cu7S4 NSs组成的Cu7S4-NS-T,其中,中空结构的形成可以归因于离子交换和Kirkendall效应的作用。Cu7S4-NS-T兼具了多孔纳米管和超薄二维纳米片,对CR等阴离子染料表现出非凡的吸附能力,最大吸附量为1166.07mg/g。吸附行为符合Langmuir等温线和伪二阶动力学模型,证明化学吸附是阴离子染料富集的主要控制过程。
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