纳米碳管中金属残留物控制其吸附水中铅离子

大量研究表明，纳米碳管（carbon nanotubes，CNTs）是水中重金属离子的良好吸附剂，吸附机制主要是CNTs表面含氧官能团与金属离子之间的化学作用，但是忽略了CNTs中金属催化剂残留物的潜在作用。浙江大学环境科学系林道辉教授研究小组发现目前市售纳米碳管中往往含有一定量的金属催化剂残留物，并首次证明这些残留物释放到水中后能与铅离子发生化学沉淀而增加碳管对铅离子的表观吸附作用，相关研究成果发表在2010年11月1日的《Environmental Science & Technology》上。

该研究组发现，水洗和吸附过程中，CNTs中的金属催化剂残留物（主要是Mo和Co）都会释放到水溶液中；Pb(II)能在CNTs浸出液和Na2MoO4溶液中沉淀；通过X-射线精细结构（XAFS）分析表明（见下图），吸附后CNTs中的铅主要是PbMoO4；由此判定，CNTs能在吸附体系溶液中释放出MoO42-，并与Pb(II)产生沉淀，沉淀量约占CNTs对Pb(II)表观饱和吸附量的84%。 

利用北京同步辐射装置获得的吸附Pb(II)前后CNTs中Pb和Mo的XAFS谱图。（a）（c）分别表示Pb和Mo的XANES谱图，（b）和（d）分别表示Pb和Mo的EXAFS谱图；P-CNTs-Pb 和P-CNTs-Pb-Mo分别表示吸附100 mg L-1 Pb(II)后碳管中Pb和Mo的XAFS谱图；P-CNTs-Mo表示吸附Pb(II)前CNTs中Mo的XAFS谱图。

Pb(II)在CNTs浸出液和Na2MoO4·2H2O溶液中的沉淀（P-CNTs浸出液中的Mo浓度与配制的Na2MoO4·2H2O溶液中的Mo浓度相当）。◇表示原始碳管浸出液；△ 表示水洗后碳管浸出液; □ 表示Na2MoO4·2H2O溶液。

该小组的研究结果较清晰地阐明金属催化剂残留物在纳米碳管吸附重金属离子中的潜在作用，有助于正确理解纳米碳管对重金属离子的吸附机制。

发表文章：

Xiaoli Tian1, Shan Zhou1, Zhiyong Zhang2, Xiao He2, Meijuan Yu2, Daohui Lin*,1,3. Metal Impurities Dominate the Sorption of a Commercially Available Carbon Nanotube for Pb(II) from Water. Environ. Sci. Technol. 2010, 44, 8144-8149.

1. Department of Environmental Science, Zhejiang University, Hangzhou 310028, China

2. Institute of High Energy Physics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China

3. Zhejiang Provincial Key Laboratory of Organic Pollution Process and Control, Zhejiang University, Hangzhou 310028, China

*Corresponding author. Tel./fax: + 86-571-88273607; E-mail: lindaohui@zju.edu.cn (Dr. Lin)