石墨烯基復合材料的制備及其對染料的吸附性能研究.pdf

1、隨著印染工業(yè)的加速發(fā)展，越來越多含有染料的廢水被排放到水環(huán)境中。吸附法作為一種成本低、操作簡單的水凈化處理工藝，特別適合于成分越來越復雜的印染廢水的處理。吸附法處理印染廢水的關鍵在于吸附劑，尋求制備工藝簡單、價格低廉、更加高效、具有更大吸附量的新型吸附材料是科研工作者一直在努力探尋的目標。石墨烯作為碳家族中嶄新的一員，高比表面積的結構特點使其具有良好的吸附性，已有不少文獻報道了石墨烯基材料作為吸附劑應用于污水處理。本文采用改進的化學Hu

2、mmers法制備出氧化石墨烯（GO），再應用氫氣、水熱法、水合肼、氫溴酸等四種不同還原方式對氧化石墨烯進行還原處理，獲得石墨烯，研究了氧化石墨烯與石墨烯對四種不同染料的吸附性能。結果顯示氧化石墨烯、氫氣和氫溴酸還原的石墨烯對四種染料的吸附性能最好，溶液pH值會影響吸附效果。構建石墨烯宏觀復合材料是促其走向實際應用的最有效途徑。鑒于氧化石墨烯吸附性能良好，制備過程卻比石墨烯簡單，應用生物相容性好的聚乙烯醇（PVA），以簡單的溶膠-凝膠法制

3、備出了PVA/GO復合水凝膠材料，并研究了其對亞甲基藍的吸附性能。PVA/GO復合水凝膠中的氧化石墨烯被固定在PVA基質之上，形成具有三維空間網(wǎng)狀結構的凝膠體，吸附完成以后，能夠容易地在水中沉淀并被過濾除去，避免了純氧化石墨烯因體積微小，直接應用于水處理所造成的二次污染。PVA/GO復合水凝膠對亞甲基藍的最大吸附量為476.2mg/g，說明其是吸附亞甲基藍的優(yōu)良吸附劑。
　　本研究用三種等溫模型對PVA/GO復合水凝膠吸附亞甲基藍

4、的吸附等溫線進行了擬合，此吸附過程符合 Freundlich模型和 Dubinin–Radushkevich模型。考察了溶液初始濃度、氧化石墨烯含量、吸附劑量、溶液初始pH值、反應溫度、吸附時間等外界因素對吸附過程的不同影響。動力學研究表明，該吸附實驗適合用準二級動力學模型和內擴散模型來擬合，表明本吸附過程包含表面吸附和顆粒內擴散兩個過程。熱力學研究也證明了PVA/GO復合水凝膠吸附亞甲基藍的過程是一個自發(fā)可行的、吸熱的、物理吸附過程。

5、采用無臭無毒、水溶性好的陰離子聚丙烯酰胺（APAM），先與氧化石墨烯直接復合，制備出了APAM/GO復合水凝膠；再運用真空冷凍干燥機對水凝膠進行處理，制備出了具有質輕、疏松、多孔結構特征的APAM/GO復合氣凝膠材料，并應用于對堿性品紅的吸附實驗。APAM/GO復合氣凝膠中的氧化石墨烯被結合固定在APAM上，吸附完成以后，能夠容易地在水中沉淀并被過濾除去。APAM/GO復合氣凝膠對堿性品紅的最大吸附容量達到1034.3 mg/g，說明其

6、具有對高濃度、帶有正電荷的堿性品紅染料的高吸附能力，這是材料豐富的多孔結構和多官能團共同作用的結果。吸附機理除了染料分子與吸附劑之間通過范德華力、氫鍵、離子鍵、靜電作用和π-π鍵相互作用外，還包括架橋交聯(lián)、電荷中和等絮凝機理的協(xié)同作用。用三種等溫模型對APAM/GO復合氣凝膠吸附堿性品紅的吸附等溫線進行了擬合，符合Langmuir模型和Dubinin-Radushkevich模型，說明本吸附過程發(fā)生在單分子層表面，且屬于化學吸附?？疾炝?/p>