等离子体聚合膜功能化碳纳米管对饮用水中重金属离子的增强吸附机制研究

饮用水中重金属离子的去除，是21世纪人类面临的重大研究课题。纳米材料特别是碳纳米管能够高效去除饮用水中的微量重金属离子。通常用强氧化剂使碳纳米管表面功能化来增加其吸附能力。然而，用强氧化剂处理碳纳米管会造成其管壁损伤，使其稳定性下降，限制其实际应用；而且功能性基团只会在碳纳米管的端部引入，种类和数量难以调控。针对此关键问题，本项目采用等离子体功能化这种温和、可控的表面改性技术，在碳纳米管表面构筑结构、稳定性和功能性基团可控的等离子体聚合膜，使整个管壁发挥吸附重金属离子的作用来增加其吸附能力。研究碳纳米管的表面含氧功能性基团对水中重金属离子的高效俘获和去除的过程和机理。揭示等离子聚合膜增强碳纳米管吸附水中重金属离子的机制。本项目的预期成果将为发展基于等离子体聚合技术的碳纳米管表面功能化提供理论基础和技术可能，同时有利于进一步推进碳纳米管在饮用水中重金属离子去除中的实际应用。

饮用水中有毒离子的去除，是21世纪人类面临的重大研究课题。发展高效去除饮用水中有毒离子的技术至关重要。纳米材料由于具有超大的比表面积和丰富的活性位点，在有毒离子的去除中有着巨大的应用潜力。本课题通过对纳米材料进行等离子表面改性以及纳米材料形貌的调控实现了对水中有毒离子的高效去除，并探索了纳米材料与有毒离子的相互作用机制。主要研究成果有：（1）采用氧气等离子体氧化多壁碳纳米管去除水中Pb(II)，大大改善了吸附动力学。（2）采用氧气等离子功能化实现了SiO2@HKUST-1核壳MOF结构的制备及对水中氟离子的有效富集。（3）设计并制备了多种金属氧化物微纳分级结构材料（包括花状/鸟巢状氧化镁、类棉花糖状氧化铜以及花状镁铝插层双氢氧化物），高效去除水中的As(III)/As(V)。本课题的研究对于推动纳米材料在实际饮用水中有毒离子的去除具有重要的学术意义和理论价值。