基于石墨烯復(fù)合材料的制備及其對(duì)重金屬離子的吸附性能研究.pdf

1、金屬材料與人類關(guān)系密切，廣泛運(yùn)用于各行各業(yè)。但伴隨金屬材料的加工和腐蝕隨之產(chǎn)生了大量的重金屬廢水，由于重金屬離子具有不易被生物降解的特點(diǎn)，它能通過生物鏈循環(huán)逐漸進(jìn)入植物體、動(dòng)物體，并在其中富集，并最終危害到人類的自身健康。因此如何有效去除廢水中重金屬離子已經(jīng)成為人類必須面對(duì)的課題。相比其他重金屬去除方法，吸附法由于具有成本低，效率高，操作簡(jiǎn)易，具有廣泛的應(yīng)用前景。本論文以石墨烯為原材料，通過對(duì)其功能化改性，制備了幾種重金屬離子吸附劑材料

2、。并就其對(duì)水溶液中重金屬離子的吸附行為進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。主要的研究類容包括：
　　(1)制備了氧化石墨烯/聚乙烯亞胺的復(fù)合材料(GO/PEI)，系統(tǒng)考察了該材料對(duì) Cr(VI)的吸附性能。探討了PEI與GO復(fù)合的最優(yōu)比例、吸附時(shí)間、Cr(VI)離子初始濃度、溶液pH、及溶液溫度等對(duì)吸附性能的影響。利用SEM、FT-IR和XPS等表征測(cè)試手段對(duì)GO和GO/PEI材料的形貌結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析，并對(duì)該復(fù)合材料對(duì)Cr(VI)吸附機(jī)理進(jìn)行了研究

3、。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該材料對(duì)Cr(VI)具有很高的吸附量，能達(dá)到539.53 mg.g-1。同時(shí)材料表現(xiàn)出良好的再生能力，重復(fù)使用五次以后吸附容量還能達(dá)到初始吸附容量的81％，這些都說明我們的樣品對(duì)于Cr(VI)具有非常優(yōu)秀的吸附能力和潛在的工業(yè)應(yīng)用前景。
　　(2)利用聚丙烯胺修飾氧化石墨烯，制備了聚丙烯胺/氧化石墨烯(GO/PAA)，并研究該復(fù)合材料對(duì)水溶液中重金屬離子Cu(II)的吸附性能。探討了PAA與GO不同比例復(fù)合時(shí)對(duì)Cu(

4、II)的吸附性能變化，以及吸附時(shí)間、Cu(II)離子初始濃度等因素對(duì)GO/PAA吸附量的影響，研究了吸附過程中的動(dòng)力學(xué)、熱力學(xué)及吸附等溫線。研究結(jié)果表明在優(yōu)化的實(shí)驗(yàn)條件下，該復(fù)合材料相比未加被修飾的氧化石墨烯對(duì)銅離子的吸附量提高了3倍以上；GO/PAA對(duì)Cu(II)的吸附等溫線擬合更符合Langmuir模型，GO/PAA對(duì)Cu(II)的吸附動(dòng)力學(xué)擬合擬二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型較好。此外，通過不同溫度下的吸附熱力學(xué)數(shù)據(jù)求得的吉布斯自由能(?Go)、

5、焓變(?Ho)和熵變(?So)值表明，吸附材料對(duì)Cu(II)離子的吸附過程是可自發(fā)進(jìn)行的吸熱過程。GO/PAA在進(jìn)行了五次吸附-解吸循環(huán)實(shí)驗(yàn)后，它們的吸附容量變化很少，能保持起始吸附能力的87.6%，表明這中種吸附劑的穩(wěn)定性較高，并且是可以被循環(huán)利用的。
　　(3)合成了基于石墨烯的磁性復(fù)合材料—三乙烯四胺/磁性還原氧化石墨烯(TET-MRGO)，采用SEM、FT-IR、XRD、XPS和磁化曲線等各種表征手段對(duì)復(fù)合材料掃描電子顯微

6、鏡(SEM)、傅里葉變換紅外光譜(FT-IR)和X射線光電子能譜(XPS)，X射線衍射(XRD)，磁化曲線等手段對(duì)復(fù)合材料進(jìn)行了系統(tǒng)的表征。利用該復(fù)合材料去除水體中的Cu(II)。探討了吸附時(shí)間、Cu(II)離子初始濃度等因素對(duì)TET-MRGO吸附量的影響，優(yōu)化吸附實(shí)驗(yàn)條件。研究了吸附過程中的動(dòng)力學(xué)、熱力學(xué)及吸附等溫線。研究表明該復(fù)合材料的磁飽和量能達(dá)到42.13 emu.g-1，很容易通過外加磁場(chǎng)對(duì)吸附后的溶液進(jìn)行分離。TET-MRG