鋯氧化物-石墨烯復合材料的制備及吸附性能研究.pdf

1、磷酸根、硫酸根離子是水體污染的重要來源。由于Zr(IV)對磷、硫酸根有較強的親和力，納米鋯氧化物作為吸附材料在水污染領域具有很大的應用潛力，然而納米顆粒易團聚、固液分離困難等問題限制了其工業(yè)化應用。石墨烯材料由于具有良好的物理化學性質(zhì)，較大的比表面積，有望用于吸附劑載體。本課題采用石墨烯負載氧化鋯及氫氧化鋯，可有效防止納米顆粒團聚，提高其吸附能力與回收利用率，作為吸附材料有巨大的應用潛力。
　　本文采用改進的Hummers法制備氧

2、化石墨烯，采用超聲-攪拌-共沉淀法制備出氫氧化鋯/石墨烯（Zr(OH)4/rGO）復合材料，利用氫氧化鋯/石墨烯前驅(qū)體采用水熱法制備了氧化鋯/石墨烯（ZrO2/rGO）復合材料，同時結(jié)合微波水熱工藝綠色快速合成了ZrO2/rGO復合材料。采用XRD、FT-IR、Raman、SEM等測試手段對 Zr(OH)4/rGO、ZrO2/rGO復合材料的結(jié)構(gòu)進行表征，系統(tǒng)研究了Zr(OH)4/rGO、ZrO2/rGO對磷酸根、硫酸根的吸附性能及再利

3、用性能。研究結(jié)果表明：
　　水熱反應溫度為200℃，保溫時間30 min，溶液pH值等于10，GO添加量為20.3wt％時，制備得到氧化鋯納米粉體均勻負載的ZrO2/rGO復合材料。采用微波輔助水熱法制備ZrO2/rGO時，微波功率700 W，加熱5 min，即可獲得ZrO2完美結(jié)晶負載的ZrO2/rGO復合材料。
　　鋯氧化物/石墨烯對PO43-吸附性能研究結(jié)果表明，GO添加量為20.3wt%的Zr(OH)4/rGO與Zr

4、O2/rGO樣品對PO43-吸附性能吸附性能最優(yōu)。上述兩種吸附劑材料對PO43-的吸附容量均隨著pH值的升高而降低，當pH值等于2時，最大吸附容量分別可達81.84 mgP/g、63.58 mgP/g；吸附容量均隨PO43-濃度升高而升高；隨著溫度上升，吸附飽和容量略微升高。Zr(OH)4/rGO與ZrO2/rGO樣品對PO43-吸附過程均符合準二級動力學方程，等溫吸附過程均滿足Langmuir吸附等溫方程。Zr(OH)4/rGO與Zr

5、O2/rGO的回收再利用性能的研究結(jié)果表明：Zr(OH)4/rGO的再利用吸附 PO43-容量有所下降，可能是因為初次吸附實驗過程中溶液 pH值過低導致Zr(OH)4流失；而ZrO2/rGO再生后吸附PO43-容量與初次吸附性能相當。
　　鋯氧化物/石墨烯對SO42-吸附性能研究結(jié)果表明，Zr(OH)4/rGO與ZrO2/rGO對SO42-的吸附容量均隨pH值的降低而升高，當pH值等于2時，最大吸附容量分別可達226.8 mg/g