碳材料对重金属的吸附及gamma射线辐照还原
一：碳材料的选择
活性炭；活性炭纤维；碳纳米管；磁性多孔碳材料；氧化石墨烯①。

材料的选择主要考虑材料的吸附容量和吸附速度，还需要考虑材料的机械强度，选择性跟抗干扰性。

然后再对材料进行一系列的预处理。

常用的处理方法：
1 化学试剂处理
2 辐射照射处理
3 共聚接枝
比如具有吸附能力碳纳米管（CNTs）的预处理，就是选用一定浓度的过氧化氢，次氯酸钠，硝酸，高锰酸钾溶液。

吸附能力增强的几个原因。

二：材料的吸附
材料的吸附性实验，即是一种探究性优化实验。

资料中一般用材料吸附一些生活生产中常见的重金属污染物。

如：镉离子，铜离子，铅离子，铬离子等等。

随即研究这种材料在不同时间，不同的pH，不同的吸附剂用量。

依此得出这种材料最佳的吸附条件。

最后绘制等温吸附曲线。

用朗缪尔，弗罗因德等温吸附方程式拟合。

继而进一步分析这种材料的吸附机理。

三：gamma射线的辐照还原
辐照还原的实质就是对已经吸附的重金属离子进行解析。

使这种吸附材料能够重复利用。

附录：
①：其吸附机理可大致分为三大类：10 不发生化学反应，由分子间的相互引力
产生吸附力即物理吸附。

20 发生化学反应，通过化学键力引起的化学吸附。

30 由于静电引力使重金属离子聚集到吸附剂表面的带电点上，置换出吸附剂原有的离子的交换吸附。

活性炭对金属离子的吸附机理是金属离子在活性炭表面的离子交换吸附，同时还有金属离子同其表面含氧基团之间的化学吸附以及金属离子在其表面沉积而产生的物理吸附。

两个常用的等温式：langmuir，freundlich
斜对角线原则
材料的吸附容量和吸附速度，还需要考虑材料的机械强度，选择性跟抗干扰性。

孔径跟比表面积。

材料对金属离子吸附效果的依赖性。

酸处理跟碱处理
酸处理会增加含氧官能团，酸性官能团，从而提高亲水性跟离子交换性能
碱处理会增加微孔数目。

典型制备方法：
将ACF GAC反复用蒸馏水冲洗至溶液的pH不变，再于80℃干燥过夜。

干燥过的ACF GAC 中分别加入1.0mol/l 硝酸溶液加热煮沸3h，再用蒸馏水洗涤，于80℃干燥过夜。

碱处理即把硝酸改为KOH溶液。

负载ZnO-GAC
碳纳米管吸附性好坏明显依赖溶液的PH和碳纳米管的表面状态。

硝酸氧化的碳纳米管材料对Pb2+的脱附随着ph的降低而增加
在。

5.4---0
2.0-----1
CNTs的形貌越完美，吸附能力就越低。

硝酸氧化碳纳米管的方法可以有效地去除在合成过程中引入的无定行碳、炭黑和碳纳米颗粒，并探出碳纳米管的孔洞，将其内表面暴露出来。

用硝酸氧化处理可以打开碳纳米管的端部，探查出孔道，并把缺陷部位断成小段。

用高锰酸钾氧化碳纳米管后吸附能力显著提高。

原因可能是在碳纳米管上残留的二氧化锰起到了吸附作用。

吸附，考虑多种离子存在时的相互干扰
1：向材料表面引入氧化功能团。

增加离子交换所用
2：增加材料的比表面积，如用硝酸处理能将缺陷部位断成小段
3：反应后残留物能起到吸附作用。

去除重金属离子的方法有化学沉淀法,离子交换法,吸附法,膜分离法和生物化学等物理化学和生物方法$其中吸附法因操作简便#经济#选择性好和可再生等优点$而被视为高效的重金属污水处理方法
多孔碳是一种以碳为骨架的多孔性材料具有巨大的表面积$被广泛认为是很有潜力的吸附剂
多孔碳材料包括活性碳AC活性碳纤维ACF碳纳米管CNTs和有序介孔碳OMC以及新型的聚合物基碳掺杂型多孔碳石墨烯片等。

活性碳纤维是性能优于活性碳的高效活性吸附材料和工程环保材料$它通常具有大表面积的微孔和窄的孔径分布%微孔赋予活性碳纤维吸附优势$窄的孔径能使吸附能量加强%
采用聚丙烯腈和酚醛树脂制备活性碳纤维
活性碳纤维吸附重金属的能力主要取决于pH值和大的比表面积------铅隔砷锌
碳纳米管----铅镉铜镍
未处理的碳纳米管的吸附能力非常弱。

有序介孔碳
有序介
孔碳具有高的比表面积’有序的孔道结构’狭窄的孔径
分布同时具有较高的机械强度较快的导电性和较强的吸附能力
采用表面修饰或与其他材料复合可提高有序介孔碳对金属离子的吸附量
多孔聚合物基碳材料因综合了聚合物和多孔材料
的两种特性#而备受关注$首先#多孔聚合物基碳材料
具有高的比表面积和良好的孔隙度。

其次,多孔聚
合物具有容易加工的性能#在许多实际的应用领域具
有显著的优势
掺杂型磁性多孔碳材料
使用含有杂原子的有机物质生产掺杂型多孔
含磁性纳米颗粒（四氧化三铁，氧化铁）氮掺杂多孔碳
氧化石墨烯及其复合材料
将负载了铜离子的氧化石墨烯置于HCl溶液中可将Cu2+解析出来，实现氧化石墨烯的重复利用。

吸附法就是使水中待去除的一种或多种物质吸附在多孔性固体吸附剂表面，从而实现回收或除去的方法。

根据吸附剂与吸附质之间相互作用的性质不同,
吸附时通过吸附剂上各种吸附基团（羧基、氨基、巯基、羟基等）与
待吸附的金属离子形成离子或共价键，或吸附剂与氢键形成网状结构的笼形分子，
或吸附剂与多种重金属离子发生螯合作用去除废水中的重金属离子。

研究表明，pH 在 4.0 到 5.0之间时，粉体活性炭对浓度为 0.2 mmol/L 的 Hg2+的吸附率可达 99%以上。

由此可见表面化学改性的颗粒活性炭，明显提高了对重金属离子的吸附能力。

Aggarwal[33]等采用 HNO3氧化颗粒活性炭并用于 Cr3+的吸附研究。

结果表明，其吸附性能可达未修饰材料的 3 倍以上。

这主要是因为经 HNO3氧化后，活性炭表面生成了含-COOH 的官能团，增强了材料的静电吸附能力。

具有中空层状结构的碳纳米管(CNTs)，由于其比表面极大，长径比高，表面
缺少相邻的原子，不饱和性高，容易结合其他原子趋于稳定，具有很好的化学活
性等特点而成为了一种理想的吸附材料。

CNTs 以及改性的 CNTs 吸附重金属离子
的研究较多。

Kandah等研究了 MWCNTs 以及 HNO3氧化的 MWCNTs 去除重金属镍，实验表明用硝酸氧化的 MWCNTs 含有羧基、内酯以及酚羟基，这些基团能够提高 Ni2+与 OH-的结合力，提高 MWCNTs 的亲水性。

除此之外，采用 MWCNT以及 HNO3氧化的 MWCNT 对铬、锌、铜离子吸附
Vukovic等研究了乙二胺修饰的e-MCNT 对镉的吸附效果，实验证明 e-MCNT 的分散性比 Raw-MCNT 的分散性好得多，而且吸附效果主要决定于其表面的官能团、温度、pH 等影响因素，而不是表面积与孔径比。

Li等研究了用 2-氨基苯并噻唑修饰的 MCNT 吸附 Pb2+离子，结果表明，其吸附能力明显高于硅酸，活性碳，十二烷基磺酸钠/Al2O3，氧化的S-CNT，M-CNT 等对 Pb2+离子的吸附能力。

Yang等发现 Cu2+可以促进 GO 的折叠与聚合，使氧化石墨的分散性降低，这主要是由于 Cu2+与 GO 上的氧原子结合的缘故，利用这一原理将GO 用于铜离子的吸附研究，发现 GO 的吸附效果是活性炭的 10 倍。

Ajaya[40]等将亲水性的核壳结构 GO@砂粒以及通过对氨基苯硫酚共价修饰氧化石墨上的 SP2碳原子GO-SH@砂粒作为重金属去除的吸附材料进行研究，结果表明，GO@砂粒吸附汞的效果是沙子的五倍，且-SH 的修饰也大大提高了其吸附能力，最大吸附量达到了190 mg/g。

受此研究启发我们可以通过不同的功能基团修饰易功能化的 SP2碳原子以达到好的吸附效果。

氧化石墨烯为重金属废水的处理提供了一种经济可行的吸附剂，它的原料合
成条件温和且廉价，氧化石墨烯本身含有一些对吸附有利的官能团，且氧化石墨烯片层中的 SP
2
碳原子容易被其他功能基团通过共价键力结合，使其可以达到对
不同金属离子选择性吸附的效果。

但想要提高活性碳的吸附性能就必须提高成本来提高活性的表面孔隙率
GO 石墨骨架上含有大量的环氧基，羧基，羟基等含氧官能团，这些官能团能够与重金属离子发生静电吸附作用，去除重金属离子。

对比于其他吸附剂，氧化石墨烯制备过程简单，且价格低廉。

将其与壳聚糖复合不仅能够使吸附能力大大提高，增加 pH 适用范围，同时吸附后的材料也很容易回收利用。

氧化石墨烯上的这些含氧官能团能够与重金属离子作用生成金属
离子鳌合物
选择初始浓度为 50，100，150 mg/L 的 Cu(II)来确定吸附的最佳 pH 值，最佳反应时间，以及最佳吸附剂的量等参数。

（1）pH 值的确定
（2）反应时间的确定
（3）吸附剂用量的确定
（4）等温吸附实验
讨论吸附机理
原子吸收仪。