管状聚苯胺的合成及吸附性能研究

论文摘要

利用模板法合成了5-磺基水杨酸（SSA）与苯胺（An）掺杂形成的聚苯胺/磺基水杨酸（PANS）纳米纤维及纳米管,以及氧化钕（Nd2O3）纳米棒和PAN/Nd2O3复合纳米材料。并利用SSA掺杂的PANS纳米管对重金属离子进行吸附性能的研究。通过扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）、场发射扫描电镜（FE-SEM）、红外光谱（FTIR）、紫外光谱（UV-vis）、X-射线衍射（XRD）、NMR对这些纳米材料进行形貌观察和结构表征。通过示差量热分析仪、四探针电导率仪以及振动磁强计,对其中某些纳米材料的电学性能、磁学性能和热学性能进行了初步探讨。1.分别在25℃和0℃条件下,研究了SSA与An的掺杂比例,An的浓度,反应温度,反应时间,pH值,引发剂与An的比例,以及加入表面活性剂的种类对产物形貌的影响。TEM结果说明,产物以管状为主,外径为150-250nm,内径为20-80nm,长度为1-2um;并有少量纤维状和纳米粒子。FTIR,UV-vis,XRD和NMR表征结果说明SSA掺杂的PANS纳米管已成功的制得;四探针电导率仪测得产物具有良好的导电性;PANS的形貌和结构能影响其自身电导率。2.利用五种不同条件下合成的PANS纳米管及纳米粒子吸附汞离子和铜离子,研究了吸附热力学,吸附动力学以及吸附剂质量,pH值,超声振荡时间对吸附效果的影响。通过氮气吸附仪测量发现,吸附剂的比表面积,孔容与吸附量成正比;SEM,FTIR,UV-vis,XRD测试发现汞离子和铜离子成功的被PANS吸附,吸附包含物理吸附和化学吸附;示差量热分析仪和电导率仪测量结果表明吸附后的PANS热稳定性及电导率均增强。3.以表面活性剂为模板,制备Nd2O3纳米棒。研究了表面活性剂种类,表面活性剂浓度,反应温度,反应时间对产物形貌的影响。通过TEM观察,发现制得的Nd2O3为20-40nm宽,100-200nm长的纳米棒。并用合成出的Nd2O3在不同条件下与An反应,制备PAN/Nd2O3复合纳米球和纳米管。FTIR,XRD、NMR和能谱测试结果说明Nd2O3纳米棒和PAN/Nd2O3复合纳米材料均已成功的制得。振动磁强计测得Nd2O3纳米棒无铁磁性,具有顺磁性。PAN/Nd2O3复合纳米材料无铁磁性,也无顺磁性。四探针电导率仪测得PAN/Nd2O3复合纳米材料的电导率较本征态PAN单体有所上升,但不如PANS单体,受不同合成条件的影响。合成PAN时,加入不同浓度的钕离子对产物的电导率有影响。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 第一章 前言
• 1.1 导电高聚物简介
• 1.2 导电聚苯胺
• 1.2.1 结构特征与导电机制
• 1.2.2 聚苯胺的合成
• 1.2.3 聚苯胺微观形貌
• 1.2.4 聚苯胺的应用
• 1.3 本论文的工作目的
• 参考文献
• 第二章 5-磺基水杨酸掺杂聚苯胺纳米结构的合成和表征
• 2.1 前言
• 2.2 实验部分
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 形貌观察
• 2.3.1.1 SSA 与An 掺杂比对产物形貌的影响
• 2.3.1.2 反应温度对产物形貌的影响
• 2.3.1.3 反应物浓度对产物形貌的影响
• 2.3.1.4 反应pH 值对产物形貌的影响
• 2.3.1.5 表面活性剂种类及浓度对产物形貌的影响
• 2.3.1.6 反应时间对产物形貌的影响
• 2.3.1.7 引发剂比例对产物形貌的影响
• 2.3.2 结构表征及电导率测试
• 2.3.2.1 聚苯胺的红外光谱
• 2.3.2.2 聚苯胺的紫外可见光谱
• 2.3.2.3 聚苯胺的 X-射线衍射谱
• 2.3.2.4 聚苯胺的 NMR 谱
• 2.3.2.5 聚苯胺的导电率
• 参考文献
• 第三章 5-磺基水杨酸掺杂聚苯胺纳米结构对重金属离子的吸附
• 3.1 前言
• 3.2 实验部分
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 吸附剂 PANS 的形貌表征
• 3.3.2 吸附剂 PANS 的孔径分布和吸脱附曲线
• 3.3.3 被吸附离子的选择
• 3.3.4 PANS 吸附汞离子
• 3.3.4.1 PANS吸附汞离子的吸附等温线
• 3.3.4.2 吸附热力学
• 3.3.4.3 吸附动力学
• 3.3.4.4 PANS的质量对汞离子的吸附效果影响
• 3.3.4.5 pH值对PANS吸附汞离子的影响
• 3.3.4.6 超声振荡时间对PANS吸附汞离子的影响
• 3.3.5 PANS对铜离子的吸附
• 3.3.5.1 吸附等温线
• 3.3.5.2 吸附热力学
• 3.3.5.3 吸附动力学
• 3.3.5.4 PANS的质量对吸附效果的影响
• 3.3.5.5 pH值对吸附效果的影响
• 3.3.5.6 超声时间对铜离子的吸附效果影响
• 3.3.6 吸附重金属离子后PANS的结构表征和电导率分析
• 3.3.6.1 吸附重金属离子后PANS的形貌观察
• 3.3.6.2 吸附重金属离子后PANS的XRD分析
• 3.3.6.3 吸附重金属离子后PANS的红外光谱分析
• 3.3.6.4 吸附重金属离子后PANS的紫外光谱分析:
• 3.3.6.5 吸附重金属离子后PANS的热重分析
• 3.3.6.6 吸附重金属离子后PANS的导电性测试
• 参考文献
• 2O₃复合纳米材料的合成与表征'>第四章 PAN/Nd₂O₃复合纳米材料的合成与表征
• 4.1 前言
• 4.2 实验部分
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 氧化钕的形貌观察
• 4.3.1.1 表面活性剂种类对产物形貌的影响
• 4.3.1.2 表面活性剂浓度对产物形貌的影响
• 4.3.1.3 反应时间对产物形貌的影响
• 4.3.1.4 反应温度对产物形貌的影响
• 2O₃复合纳米材料的形貌观察'>4.3.2 PAN/Nd₂O₃复合纳米材料的形貌观察
• 2O₃的质量比对产物形貌的影响'>4.3.2.1 PAN与Nd₂O₃的质量比对产物形貌的影响
• 4.3.2.2 反应温度对产物形貌的影响
• 4.3.2.3 反应时间对产物形貌的影响
• 4.3.2.4 加入SSA对产物形貌的影响
• 4.3.2.5 改变反应物添加次序对产物形貌的影响
• 4.3.2.6 超声环境对产物形貌的影响
• 4.3.3 结构表征
• 4.3.3.1 氧化钕的结构表征
• 3复合纳米材料的结构表征'>4.3.3.2 PAN/Nd2O₃复合纳米材料的结构表征
• 4.3.4 性能分析
• 4.3.4.1 氧化钕的磁性分析
• 2O₃的热稳定性'>4.3.4.2 PAN/Nd₂O₃的热稳定性
• 2O₃的电导率测试'>4.3.4.3 PAN/Nd₂O₃的电导率测试
• 参考文献
• 第五章 结论
• 硕士期间发表的论文
• 致谢