氧化石墨烯和石墨烯納米材料制備及其重金屬吸附性能研究.pdf

1、因為特殊的電學和力學性能碳家族材料受到了廣泛關注，尤其是氧化石墨烯和石墨烯。由于具有獨特的二維單原子層結(jié)構(gòu)，它們具有很多杰出的性能，比如說石墨烯就具有很大的比表面積，理論比表面積更是高達2630平方米/克。不僅如此，它們的表面性質(zhì)還可以通過表面化學修飾來進行調(diào)整，導致它們有很多潛在的應用價值。
　　 本論文通過修正的Hummers方法制備了氧化石墨烯，化學法合成的石墨烯通過先氧化后還原的過程制備，并通過X射線衍射儀、拉曼光譜和原

2、子力顯微鏡等手段進行了結(jié)構(gòu)表征。研究結(jié)果顯示：拉曼光譜發(fā)現(xiàn)所制備的樣品在1333cm-1處出現(xiàn)較強的D峰說明在氧化過程中碳碳雙鍵被破壞，XRD中10.6°的氧化石墨烯(001)晶面特征衍射峰的出現(xiàn)證明了氧化石墨烯的存在。經(jīng)過還原后的石墨烯在AFM圖像中顯示其厚度約為13-18層，而XRD中10.6°的特征峰消失和24°的(002)晶面的特征衍射峰的重新出現(xiàn)說明了石墨烯的制備是成功的，拉曼光譜和透射電子顯微的結(jié)果也證明了這一點。另外通過B

3、ET表征我們得到石墨烯的比表面積高達530.07m2g-1。
　　 為了探討制備的氧化石墨烯和石墨烯對重金屬離子的去除，我們從吸附動力學和吸附熱力學兩個方面研究了五種不同碳材料對于二價鎘離子的吸附情況，得到了吸附平衡曲線和吸附等溫線，并用朗格繆爾方程、弗里德里希方程和三參數(shù)方程描述了吸附情況。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：該五種碳材料(物理法石墨烯、活性炭、氧化石墨烯、碳納米管、化學法石墨烯)吸附二價鎘離子屬于化學作用伴隨下的物理吸附，化學吸附占主

4、導地位，該吸附很快能達到平衡。從吸附性能上說物理法合成的石墨烯性能最佳，達到了138.6毫克/克。這些碳材料吸附性能的排序為：物理法石墨烯>活性炭>氧化石墨烯>碳納米管>化學法石墨烯。同時吸附溫度對于鎘離子的吸附也有一定的影響。隨著溫度的降低，碳納米管的吸附效果會越來越好。因此碳納米管對于金屬鎘離子的吸附反應是放熱反應，但是其它四種吸附材料則剛好相反是吸熱反應。通過我們對于碳材料吸附性能的研究我們相信碳材料在環(huán)境中的重金屬離子去除領域必