溶剂热合成新型功能纳米材料及其光催化、电性能研究.pdf

学校代码：1 0 2 7 0学号：1 0 2 2 0 0 8 4 7上够脚范大誓硕士学位论文论文题目溶剂热合成新型功能纳米材料及其光催化、电性能研究学院生命与环境科学学院专业物理化学研究方向催化与动力学研究生姓名温美成指导教师张蝶青副教授李和兴教授完成日期2 0 13 4上海师范大学硕士学位论文摘要论文题目：学科专业：学位申请人：指导老师：溶剂热合成新型功能纳米材料及其光催化、电性能研究物理化学催化与动力学温美成张蝶青副教授、李和兴教授摘要借助于纳米材料的小尺寸效应、表面效应、宏观量子隧道效应和量子尺寸效应等纳米效应，纳米材料在力学、磁学、电学、热学、光学和催化等领域的都取得了突破性的进展，这也同时促进了纳米材料的广泛应用。然而目前合成功能纳米线的方法包括固相法、液相法和气相法。但是目前所普遍采用的制备方法仍存在工艺复杂、制备成本高、材料比表面积小，形貌不可调控等缺点，针对现有合成技术所存在的缺陷和理论上的空缺，本篇论文主要围绕探索新颖简单的制备方法来开发新型功能纳米材料，将这些功能纳米材料应用于缓解环境及能源危机，并结合现代科学表征手段，对实验数据、结果进行合理分析，并提出一些新的科学概念及预想。本论文主要开展了以下几部分工作：l、离子液体辅助合成B i O B r 花球及在污水处理中的应用通过离子液体辅助醇热法简单快速地制备了B i O B r 花球，此方法具有操作简便、产物形貌均一、产率高等优点，通过X R D，S E M，S A E D，E X D 等方法对B i O B r 花球的形貌和组成进行了表征，研究了B i O B r 催化剂对有机染料M B 及重金属离子C r(V I)的吸附性能和吸附模式，另外，该催化剂在可见光照射下表现出很好的杀菌效果，并重点研究了其形貌结构对催化剂活性的影响。2、微波离子热合成C N T s T i 0 2 复合材料及其应用于含C r(V 1)污水的处理采用微波辅助离子热合成法快速高效制得了多孔单晶氧化钛附着在碳纳米管上的复合材料，其单晶氧化钛颗粒大小为5 0n m 左右，通过调节反应时问可以控制氧化钛 0 0 1)面的暴露率。我们还着重研究了氧化钛不同晶面暴露(0 0 1)、1 0 1 面)对C r(V I)去除效率的影响。结果显示，C N T s T i 0 2 复合材料对C r(V I)的还原效率要明显高于商业化P 2 5，而且表现出很好的稳定性，可很好的重复使用。同时，考察了碳纳米管在T i 0 2 光还原C r(V 1)过程中的重要作用。3、微波合成 0 0 1)和 0 1 0 高能面暴露的立方块T i 0 2 单晶及其催化性能研究采用微波辅助离子热合成法快速高效首次合成 0 0 1)和 o l o)高能面暴露的立上海师范人学硕士学位论文摘要方块六面体T i 0 2 单晶，通过原位引入十二烷基苯磺酸钠作为分散剂，使得立方块T i 0 2 单晶更加均匀分散。采用F E S E M、X R D、T E M、P L 等测试手段，对产物形貌和晶体结构进行了表征，并重点研究了 0 0 1)和 0 1 0 高能面对催化结果的影响。结果显示 o o l 和 0 1 0 高能面暴露的立方块T i 0 2 单晶在对R h B 的降解和光催化制氢的效果都要优于 0 0 1)面和 1 0 1)面暴露的十面体T i 0 2。4、超长铜纳米线的合成及在透明导电材料中的应用我们通过溶剂热的方法合成了超长单晶铜纳米线，这种合成方法反应条件温和、简单易行。通过F E S E M、T E M、X R D 等对铜纳米线进行形貌、晶体结构表征。F E S E M 结果显示铜纳米线的平均直径约为7 8n m，长度约为3 0 0-5 0 0v m。T E M 结果显示，铜纳米线是沿 0 l l】方向生长的单品铜纳米线；通过对反应时间的控制，研究了铜纳米线的生长机理。制备的铜纳米线通过搅拌和短暂的超声便可均匀地分散在甲苯等有机溶剂中，形成铜纳米线墨水。使用真空过滤方法，可以在玻璃衬底上形成均匀的铜纳米线导电薄膜，然后经过氢气气氛退火处理后获得的透明导电薄膜性能可与I T O 媲美，在透光率为8 0 9 0 时，方块电阻值为2 0-9 0f s q。5、微波离子热合成高热稳定多孔单晶T i 0 2 及其锂电性能研究采用微波辅助离子热合成法快速高效制得了具有高结晶度、高热稳定性多孔单晶氧化钛，其中离子液体作为结构导向剂及 o o l 晶面腐蚀剂，导致了多孔单晶氧化钛形成。采用F E S E M、X R D、T E M 等测试手段，对产物形貌和晶体结构进行了表征。此类材料在锂离子电池中表现出很好的循环稳定性和可逆性，特别在高倍率下其库伦效率约为1 0 0。通过在不同高温下煅烧，发现其热稳定性可达到8 0 0。关键词：功能纳米材料，光催化，光催化剂，锂电池，透明导电薄膜，B i O B r，T i 0 2，C N T T i 0 2，铜纳米线论文类型：理论研究I IA b s t r a c tN a n o m a t e r i a l si so fg r e a ti n t e r e s ti nm e c h a n i c a l，m a g n e t i c，e l e c t r i c a l，t h e r m a l，o p t i c a la n dc a t a l y t i cf i e l d so w n i n gt ot h es m a l ls i z ee f f e c t，s u r f a c ee f f e c t，t h em a c r o s c o p i cq u a n t u mt u n n e le f f e c ta n dq u a n t u ms i z ee f f e c t G r e a ta c h i e v e m e n t sh a v eb e e nm a d ei nn a n o w o r l dw h i c ha l s op r o m o t e st h ew i d ea p p l i c a t i o no fn a n o m a t e r i a l s T od a t e，t h es y n t h e s i so ff u n c t i o nn a n o m a t e f i a l sh a sr e l i e do ns o l i dp h a s es y n t h e s i s，l i q u i dp h a s ea n dg a sp h a s em e t h o d C o n s i d e r i n gt h a tm u c hd i s a d v a n t a g e so nt h es y n t h e s i so ft h e s en a n o m a t e r i a l，s u c ha sc o m p l i c a t e dp r e p a r a t i o np r o c e s s，e n e r g y c o s t i n ga n dt i m e w a s t i n g，w ea i mt oe x p l o r en o v e la n df a c i l ep r e p a r a t i o nm e t h o dt od e v e l o pn e wf u n c t i o n a ln a n o m a t e r i a l st oe a s ee n v i r o n m e n t a la n de n e r g yc r i s i s W i t ht h eh e l po fm o d e ms c i e n t i f i cc h a r a c t e r i z a t i o nt e c h n o l o g i e s，w ea n a l y z e de x p e r i m e n t a lr e s u l t sa n dt r i e dt op u tf o r w a r ds o m en e ws c i e n t i f i cc o n c e p t sa n dt h o u g h t s T h i sp a p e rm a i n l yi n c l u d e dt h ef o l l o w i n gp a r t s 1 I o n o t h e r m a ls y n t h e s i so fh i e r a r c h i c a lB i O B rm i c r o s p h e r e sf o rw a t e rt r e a t m e n tU n i f o r mb i s m u t ho x y b r o m i d e(B i O B r)m i c r o p s h e r e sw i t hh i e r a r c h i c a lm o r p h o l o g i e sh a v eb e e nf a b r i c a t e dv i aah i g h-y i e l df a c i l ei o n o t h e r m a ls y n t h e s i sr o u t e T h ec o m p o s i t i o na n dm o r p h o l o g yw e r ec h a r a c t e r i z e db yX R D，S E M，S A E D，E X De t c T h ea s-p r e p a r e dB i O B rn a n o m a t e r i a l sC a ne f f e c t i v e l yr e m o v eh e a v ym e t a li o n s(c na n do r g a n i cd y e(M B)f r o mw a s t e w a t e r T h e yC a na l s ok i l lM i c r o c o c c u sl y l a e(aG r a mp o s i t i v eb a c t e r i u mi nw a t e Ou n d e rf l u o r e s c e n tl i g h ti r r a d i a t i o n T h ee x c e l l e n tp e r f o r m a n c em a yb ea s c r i b e dt ot h e i rh i e r a r c h i c a ls t r u c t u r e，a l l o w i n gt h e mh i g hs u 舭et ov o l u m er a t i o，f a c i l es p e c i e st r a n s p o r t a t i o na n de x c e l l e n tl i g h t-h a r v e s t i n ga b i l i t y 2 M i c r o w a v e a s s i s t e di o n o t h e r m a ls y n t h e s i so fC N T s Z i 0 2c o m p o s i t e sf o rh e a v ym e t a lr e m o v a lAs i m p l ea n dn o v e lm i c r o w a v e a s s i s t e di o n o t h e r m a ls y n t h e s i sr o u t eW a sa p p l i e di ns y n t h e s i z i n gC N T s T i 0 2c o m p o s i t e s T h ep o r o u ss i n g l e c r y s t a l l i n eT i 0 2c r y s t a l sw e r ew e l l a t t a c h e do nc a r b o nn a n o t u b e s T h eT i 0 2p a r t i c l es i z ei sa b o u t5 0n m B ya d i u s t i n gt h er e a c t i o nt i m e，w ec a nw e l lc o n t r o lt h ee x p o s u r er a t eo f 0 01 f a c e t so fT i 0 2 T h ea c t i v i t yo fC N T s T i 0 2W a se v a l u a t e db yp h o t o c a t a l y t i cC r(V I)r e m o v a lu n d e rU Vl i g h ti r r a d i a t i o n T h er e s u l t sd e m o n s t r a t e dt h a tt h er e m o v a le f f i c i e n c yW a sh i g h e rt h a nt h a to ft h ec o m m e r c i a lT i 0 2 I ta l s os h o w e dh i g hr e c y c l a b i l i t y T h ei m p o r t a n tr o l eo fc a r b o nn a n o t u b e si nt h ep h o t o c a t a l y t i cp r o c e s sW a sa l s ob e e nI 上海师范大学硕士学位论文i n v e s t i g a t e d 3 M i c r o w a v es y n t h e s i so fl a r g ea n a t a s es i n g l e c r y s t a lc u b e sw i t hh i g h l yr e a c t i v e 010 a n d O O1)f a c e t sa n dt h e i rc a t a l y t i cp e r f o r m a n c eL a r g ea n a t a s es i n g l e-c r y s t a lc u b e sw i t h 0 1 0)a n d 0 0 1)r e a c t i v ef a c e t sw e r ep r e p a r e df o rt h ef i r s tt i m ev i aaf a c i l ei o n o t h e r m a lm i c r o w a v e-a s s i s t e dm e t h o d T h ep r e p a r a t i o ni n v o l v e da na q u e o u ss o l u t i o no ft i t a n i u mt e t r a f l u o r i d e，a ni o n i cl i q u i d(1-m e t h y l i m i d a z o l i u mt e t r a f l u o r o b o r a t e)a n ds o d i u md o d e c y lb e n z e n es u l f o n a t e(S D B S)a sm o r p h o l o g yc o n t r o la g e n t s T h ec h e m i c a la n dp h y s i c a lp o r p e r t i e so ft h ea s p r e p a r e ds a m p l e sw e r ec h a r a c t e r i z e db yX R D，T E M，F E S E Ma n dP L，e t c T h ep h o t o c a t a l y t i ca c t i v i t yo fc u b i ca n a t a s eT i 0 2w a si n v e s t i g a t e db yt h ed e g r a d a t i o no fR h Ba n dw a t e rs p l i t i n g T h e s es i n g l e c r y s t a l l i n eT i 0 2c r y s t a l sw i t hc u b i cm o r p h o l o g ys h o w e dh i g h e rp h o t o c a t a l y t i ca c t i v i t yf o rt h eR h Bd e g r a d a t i o na n dh i g h e rh y d r o g e ng e n e r a t i o nr a t et h a nt h o s eo f 0 0 1)f a c e ta n d 10 1)d o m i n a t e da n a t a s eT i 0 2 4 S y n t h e s i so fu l t r a l o n gc o p p e rn a n o w i r e sf o rh i g h-p e r f o r m a n c et r a n s p a r e n te l e c t r o d e sU l t r a l o n gs i n g l e c r y s t a l l i n eC un a n o w i r e sw i t he x c e l l e n td i s p e r s i b i l i t yw e r ef a b r i c a t e dv i aan o n a q u e o u sr o u t e T h ec h e m i c a la n dp h y s i c a lp r o p e r t i e so ft h ea s-p r e p a r e dc o p p e rn a n o w i r e sw e r ec h a r a c t e r i z e db yX R D，T E M，F E S E M T h el e n g t ho f t h en a n o w i r e sv a r i e df r o mt e n st oh u n d r e d so f m i c r o m e t e r s T h ea v e r a g ed i a m e t e ro ft h en a n o w i r e sw a s 一7 8n m T h e s en a n o w i r e sw e r es i n g l ec r y s t a l l i n ea n dg r e wa l o n gt h e【011】d i r e c t i o nw h i c hw e r ec o n f i r m e db yt h eT E Mr e s u l t s T h eg r o w t hm e c h a n i s mw a si n v e s t i g a t e db yt h em o r p h o l o g ye v o l u t i o nv i ac o n t r o l l i n gt h er e a c t i o nt i m e T h ea s p r e p a r e dn a n o w i r e sc a nw e l ld i s p e r s e di nt o l u e n et h r o u g hu l t r a s o u n d T h et h i nf i l mw a sp r e p a r e db yv a c u u mf i l t r a t i o nm e t h o dt oc o a tc o p p e rn a n o w i r e so nt h eg l a s ss u b s t r a t e S u c hu l t r a i o n gC un a n o w i r ee l e c t r o d e se x h i b i t e do u t s t a n d i n gc o n d u c t i v ep e r f o r m a n c eo f2 0-9 0 f s qw i t h8 0 9 0 o p t i c a lt r a n s m i t t a n c ea f t e rt r e a t e da t2 0 0。Ci nH Ea t m o s p h e r e 5 M i c r o w a v e-i n d u c e ds y n t h e s i so fp o r o u ss i n g l e-c r y s t a l-l i k eT i 0 2w i t he x c e l l e n tl i t h i u ms t o r a g ep r o p e r t i e sP o r o u sa n a t a s eZ i 0 2s i n g l ec r y s t a l sw i t hl a r g es p e c i f i cs u r f a c ea r e aa n dr e m a r k a b l ec r y s t a l l i n ep h a s e-s t a b i l i t yw e r ef a b r i c a t e dv i aag r e e nm i c r o w a v e a s s i s t e dp r o c e s s I o n i cl i q u i dw a sc h o s e na sb o t ha ne s s e n t i a ls t r u c t u r ed i r e c t i n ga g e n tf o rt h ef o r m a t i o no ft h e 0 01)f a c e t se x p o s e dT i O：a n da ne t c h i n ga g e n ts o u r c ef o rs e l e c t i v ee r o s i o no f上海师范大学硕士学位论文A b s t r a c tt h ee x p o s e d 0 01)f a c e t s，l e a d i n gt or o b u s tp o r o u sf r a m e w o r kw i t he x p o s e d 101)f a c e t s T h ep h y s i c a la n dc h e m i c a lp r o p e r t i e so fp o r o u sa n a t a s eT i 0 2s i n g l ec r y s t a la r c h i t e c t u r e sw e r ei n v e s t i g a t e db yF E S E M，T E M，B E T，P L，X R D T h e s ep o r o u sa n a t a s es i n g l ec r y s t a l sw e r et h e r m a l l ys t a b l eu pt o8 0 0，i n d i c a t i n ge x c e l l e n ts t r u c t u r es t a b i l i t y T h ep r o d u c ts h o w e ds t a b l ec y c l a b i l i t ya th i g hc u r r e n tr a t e，b e t t e rr e v e r s i b i l i t y,a n dh i g hC o u l u m b i ce f f i c i e n c yo f10 0 f o rl i t h i u ms t o r a g e K e yw o r d s：F u n c t i o n a ln a n o m a t e r i a l，p h o t o c a t a l y s i s，p h o t o c a t a l y s t，l i t h i u ms t o r a g e，t r a n s p a r e n tc o n d u c t i v ef i l m，B i O B r，T i 0 2，C N T T i 0 2，C un a n o w i r e sV上海师范火学硕-二学位论文目录摘要。A b s t r a c t 第章前言目录1 1 纳米材料的特性1 2 纳米材料的合成方法1 3 纳米材料的应用1 4 本论文的选题意义及研究方案第二章实验部分2 1 原料与试剂。2 2 催化剂表征方法2 3 光催化剂的制备2588891 l2 4 功能纳米材料的性能测试第三章离子液体辅助合成B i O B r 花球及在污水处理中的应用3 1 引言3 2 催化剂的结构表征3 3 催化剂的活性考察3 4 本章小结1 41 41 42 1第四章微波离子热合成C N T s-T i 0 2 复合材料及其应用于含c 啊v 1)污水的处理2 24 1 引言4 2 催化剂的结构表征2 24 3 生长机理的研究4 4 光催化还原c r()活性测试4 5 光催化还原C r(V 1)的稳定性澍试4 6 本章小结。第五章微波合成 o o l 和 O l o 高台纽酉暴露的立方块T i 0 2 单晶及其催化性能研究。3 l5 1 引言5 2 催化剂的结构表征5 3 光催化活性测试5 4 光催化活性讨论5 5 立方块氧化钛单晶的热稳定性研究5 6 本章小结。第六章超长铜纳米线的合成及在透明导电材料中的应用6 1 引言3 l3 23 83 93 9上海师范大学硕t 学位论文目录6 2 铜纳米线的结构表征。6 3 铜纳米线的生长机理研究6 4 铜纳米线的应用6 5 本章小结4 4第七章微波离子热合成高热稳定多孔单晶T i O：及其锂电性台臣研究。7 1 引言。7 2 催化荆的结构表征。7 3 生长机理的研究7 4 锂离子电池负极电化学性能研究。7 5 本章小结第八章研究总结与展望。参考文献。个人简历：致谢4 64 64 74 85 15 25 35 56 66 7上海师范大学硕士学位论文第一章前言第一章前言1 1 纳米材料的特性纳米材料是纳米技术研究的最重要基础技术，是用于构筑各种复杂的功能装置基础。纳米材料与传统的块体材料相比，拥有很多特殊的性质，如表面效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应。纳米材料已广泛的应用于电子器件、光电装置、催化领域、生物药学、能量转换及存储、环境净化、先进国防技术和其它领域中。因此，纳米材料的合成、结构调控、表征、表面改性和功能器件的组装及完善成为近几十年的一个研究热点。1 1 1 表面效应纳米材料的重要特点是表面效应，随着粒径减小，比表面积大大增加。纳米粒子表面原子与总原子数之比随着纳米粒子尺寸的减小而大幅度增加。由于庞大的比表面积，表面原子数增加，无序度增加，键态严重失配，出现许多活性中心，表面台阶和粗糙度增加，表面出现非化学平衡和非整数配位的化学价。这就是导致纳米体系的化学性质和化学平衡体系出现很大差别的原因。1 1 2 小尺寸效应纳米颗粒的尺寸与光波波长、传导电子的德布罗意波长及超导态的相干波长或透射深度等物理特征尺寸相当或更小时，晶体周期性的边界条件将被破坏，非晶态纳米微粒表面层附近原子密度小，纳米颗粒表现出新的光、电、声、磁、等体积效应，其他性质都是此效应的延伸。1 1 2 量子尺寸效应粒子尺寸下降到一定值时，费米能级接近的电子能级由准连续能级变为分立能级的现象称为量子尺寸效应。它主要影响导体向绝缘体的转变、吸收光谱的蓝移现象、纳米颗粒的发光现象等。1 1 3 宏观量子隧道效应微观粒子具有贯穿势垒的能力称为隧道效应。人们发现一些宏观量，例如微颗粒的磁化强度、量子相干器件的磁通量以及电荷等亦具有隧道效应，它们可以穿越宏观系统的势垒产生变化。【1】1 2 纳米材料的合成方法纳米材料的合成是化学合成中的一个重要的分支，许多的合成方法被用上海师范人学硕士学位论文第一章前言来合成不同组份、尺寸和不同表面分子排布的纳米材料。纳米材料的合成方法都是基于以一定数量的分子作为前驱体，然后经过一些后续的复杂过程形成不同结构纳米材料。纳米材料的合成方法主要可以分为三类：气相法、机械法和液相法。1 2 1 气相法制备纳米材料纳米材料的气相法制备方法主要包括：爆炸丝法、流动液面上真空蒸法、混合等离子体法、激光诱导化学气相沉积法、活性氢熔融金属反应法、磁控溅射法和等离子体法。通过上述方法可以合成出纯度高，结晶组织好，粒度可控的不同金属与非金属纳米颗粒。但是上述方法在对技术设备要求高，反应条件不易控制，通常在高温或高压条件下进行。1 1 4 机械法制备纳米材料机械法有机械球磨法、机械粉碎法。机械球磨法是在没有外部供给能量的情况下，通过球磨使大晶粒变为小晶粒从而得到纳米材料。机械粉碎法是利用各种超微粉机械粉碎和电火花爆炸等方法将原料直接粉碎成超微粉，尤其适用于制备脆性材料的超微粉。1 1 5 液相法制备纳米材料纳米材料的液相法制备方法主要包括：沉淀法、喷雾法、水热法、溶剂挥发分解法、溶胶凝胶法和微乳法。液相法在合成纳米材料制备方法中基本上都涉及化学反应，因此在控制反应时溶液的P H、温度、前驱物的浓度、反应的时间可以合成出不同晶相、不同尺寸、不同形貌结构的纳米材料。1 3 纳米材料的应用1 3 1 纳米材料在能源方面的研究应用随着科学技术的日益发展，人类对地球的需求和改造越来越多，矿产资源的过度开发，工业三废的随意排放，生活垃圾的大量污染，这些都严重威胁到人类的可持续发展。根据国际能源专家的推断，地球的石油储量将在今后三四十年内面临枯竭，天然气储量也仅够维持6 0 年，而煤炭资源储量也只能维持2 0 0 年左右。因此，如何解决化石能源的短缺已经成为全世界面临的一个重大难题。面对越来越严峻的能源问题，人类在此方面做出了种种努力，大力开发丰富而廉价的太阳能可能是解决能源危机的有效方法之一。据有关数据显示，太阳每天向地球发射的能量相当于1 0 0 亿亿度电的能量。太阳能因为丰富而无污染的特点，已经2上海师范大学硕士学位论文第一章前言成为最理想的可再生能源之一【2。3 1。纳米材料因其能够利用太阳能实现能量转化，将太阳能转化为化学能，已受到越来越多的关注和发展，成为解决环境问题的有效方法。对于能源转化这课题，目前研究主要集中在两个方面。一方面是将大量的太阳能转化为可以直接利用的电能，目前前景较好的是晶体硅太阳能电池和染料敏化太阳能电池；另一方面是将丰富太阳能转化为化学能，例如研究比较热的光解水制氢产氧。氢气由于其无毒、产物无污染的特性，成为一种理想的二次能源，在石油化工、电子工业、冶金工业、食品加工、航空航天等方面有着广泛的应用。自从1 9 7 2 年F u j i s h i m a 和H o n d a 在N a t u r e 上报道了T i 0 2 电极上的光催化现象【刖。为人类开发利用太阳能开辟了一个新途径。在随后的四十多年，人类先后开发出上百种【5 6 1 新型光催化剂，虽然这些光催化剂的用于产氢的量还远远达不到工业化的要求，但是用纳米材料光解水制氢是人们值得期待的课题。1 1 6纳米材料在环境处理方面的研究应用随着工业化进程的加快以及城市化水平的提高，水污染问题日益严重【7 1。水污染主要是由工业废水和生活污水造成的。而这些污水直接或间接的排放到大自然中，直接危害人类的健康及社会经济的发展。根据污染物的种类，我们将水污染大致分为三种：有机物污染、重金属阳离子污染与有害阴离子污染【_ 丌。有机物污染可以分为天然有机污染物和人工合成有机污染物。天然有机污染物包括植物的腐蚀分解、微生物的分泌和动物的尸体的分解等。人工合成有机物污染的源头除了化学工业之外，还有农用杀虫剂的流失、工业废水的排放。这些污染物大多为含氯或苯环的有机化合物。多酚类有机物、有机氯和芳香类有机物被认为是对人类和动物毒性最大的物质【引。人工合成有机污染物主要特点是难自分解，具有生物富集，也很难被微生物分解，却易被植物吸收，然后通过植物间接被人体吸收，对人类身体健康造成严重损害。重金属指的是相对原子质量在6 3 5 一-2 0 0 6 之间的金属元素，原子密度大于6g c m 3 的一类金属和非金属的总称，常见的有汞、铅、镉、铬、锌、铜、镍等。因为重金属不像有机污染物可以自身分解。重金属不能降解、不易代谢、趋于在体内积累，所以大量重金属的摄入人体或动物体内会导致许多的生理紊乱和疾病。例如，高浓度的汞会引起神经错乱和能力障碍(读写困难、智力下降、注意上海师范大学硕士学位论文第一章前言力分散等等f 9】)；长期摄入过量的镉，会诱发肾脏和骨骼的病变【1 0 1；过量的锌则会造成胃痉挛、呕吐、恶心和刺激皮肤【l l】等。造成水污染的有害阴离子，包括含砷阴离子、含氮阴离子、含磷阴离子、氟离子等。其中对人类危害最大的是砷和氟。含砷化合物被国际癌症研究机构和美国疾病控制中心认定为第一类致癌物质，以三价和五价两种形式存在，分别为亚砷酸根(A s 0 2 )与砷酸根(A s 0 4 3 )。砷的摄入会诱发心血管疾病和神经系统疾病，此外还提高了肺、肝、皮肤、膀胱、肾等器官的癌变几率【1 2】。氟是哺乳动物骨骼和牙齿生长的必需元素，但是摄入过量的氟将会导致某些慢性疾病，例如骨质疏松、牙齿长斑和神经系统的一些疾病1 1 3】。我国现阶段对含砷、含氟的工业废水排放标准是：总砷含量不超过0 5m g L，氟含量不超过1 0m g L。世界卫生组织(W H O)则对于饮用水的砷、氟含量的标准为：总砷的含量低于0 0 1m g L，氟含量则低于1m g L。面对日益严重的环境问题，各种不同的治理方法相继被报道出来，其水污染的治理方法主要包括：化学沉积法、离子交换法、吸附法、膜析法、电化学法、生物法、高级氧化法和光催化法。在这些方法中，吸附法吸附法由于具有多样性、高效、易于处理、可重复利用，而且可能实现低成本而最受重视。这主要是由于纳米材料的表面效应，随着粒子的尺寸减少，比表面积大大增加。纳米粒子表面原子与总原子数之比随着纳米粒子尺寸的减小而大幅度增加。表面原子数增加，无序度增加，键态严重失配，出现许多活性中心。纳米粒子表面羟基能够和一些阳离子键合，在表观上体现为对金属离子或有机物产生吸附作用。因此纳米材料在吸附性能方面表现出巨大的潜力。目前用于吸附的纳米材料，如活性炭、分子筛、碳纳米管等。碳纳米管(C N T s)是单层或者多层石墨层卷曲形成的管状材料，具有较大的比表面和疏水性的石墨表面，是一种新型的吸附剂。在纵多的吸附剂中，无机材料由于其低价而倍受青睐，如T i 0 2 1 1 4 1、C e 0 2 15 1、F e 3 0 4 1 1 6】等。光催化降解和还原逐渐成为一项新兴的颇具发展前途的废水处理技术，它是指污染物在光照下，通过催化剂实现分解。由于光催化反应条件温和、能量消耗低、能矿化绝大多数的有机物、减少二次污染以及利用太阳光作为光