石墨烯的制備、改性及其吸附性能研究.pdf

1、近些年來(lái),隨著我國(guó)社會(huì)工業(yè)化進(jìn)程的加速,含有大量污染物(如重金屬和有毒有機(jī)污染物等)的工業(yè)廢水排入河流,導(dǎo)致水質(zhì)污染狀況日趨嚴(yán)重。為保障飲用水及水環(huán)境的安全,國(guó)家制定了嚴(yán)格的污水排放標(biāo)準(zhǔn),這就要求產(chǎn)生大量工業(yè)廢水的紡織、皮革、塑料等行業(yè)在排放污水時(shí)要對(duì)污水進(jìn)行有效地處理,從而降低廢水對(duì)水環(huán)境的危害。因此,尋求先進(jìn)高效的新型環(huán)保吸附材料來(lái)凈化水質(zhì)已成為國(guó)內(nèi)外水質(zhì)凈化處理領(lǐng)域的熱點(diǎn)研究課題。本論文以石墨烯、海藻酸鈣/氧化石墨(CAGO)吸附

2、材料為研究對(duì)象探討了這兩種材料對(duì)水中亞甲基藍(lán)的吸附性能與吸附機(jī)理以及氧化錳/氧化石墨烯(MOGO)為研究對(duì)象探討其對(duì)水中氟離子的吸附性能研究。
　　 采用改進(jìn)的Hummers方法制備了氧化石墨烯,用水合肼還原氧化石墨烯制備了石墨烯。石墨烯的物理化學(xué)性能通過(guò)透射電鏡(TEM),比表面積(BET),紅外光譜(FTIR),拉曼光譜(Raman)和X射線衍射(XRD)等手段進(jìn)行表征。研究了初始pH,接觸時(shí)間,溫度和吸附劑加入量等參數(shù)對(duì)石

3、墨烯吸附亞甲基藍(lán)吸附過(guò)程的影響。實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)符合等溫線Langmuir模型,且在20℃條件下從Langmuir方程中算的最大吸附量為153.85mg/g,這說(shuō)明石墨烯是一種好的吸附亞甲基藍(lán)的材料。動(dòng)力學(xué)研究表明石墨烯吸附亞甲基藍(lán)的過(guò)程符合準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型。熱動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)表明石墨烯吸附亞甲基藍(lán)是一種自發(fā)、吸熱的過(guò)程。
　　 氧化石墨烯在污水處理方面的應(yīng)用已經(jīng)得到了研究,但氧化石墨烯容易分散于水中,且對(duì)人體細(xì)胞的生物毒性限制了它在環(huán)境

4、保護(hù)中的實(shí)際應(yīng)用。本文中,利用溶膠凝膠的方法制得了一種新的環(huán)境友好型的吸附材料——CAGO。研究了溶液初始pH,接觸時(shí)間,溫度,吸附劑加入量等各種參數(shù)對(duì)吸附過(guò)程的影響。用Langmuir和Freundlich模型對(duì)石墨烯和CAGO吸附亞甲基藍(lán)的吸附等溫線進(jìn)行了擬合,CAGO吸附亞甲基藍(lán)的過(guò)程符合Langmuir模型和Freundlich模型。在25℃條件下,從Langmuir方程中算的最大吸附量為163.93mg/g。實(shí)驗(yàn)過(guò)程符合準(zhǔn)二級(jí)

5、動(dòng)力學(xué)模型,內(nèi)擴(kuò)散模型擬合結(jié)果說(shuō)明吸附過(guò)程不僅僅是速率可控機(jī)制,還有其他的機(jī)制控制。熱力學(xué)數(shù)據(jù)說(shuō)明CAGO吸附亞甲基藍(lán)是放熱過(guò)程。
　　 制備了一種新型的吸附劑——MOGO,利用TEM,XRD,FTIR和BET進(jìn)行了表征。吸附結(jié)果說(shuō)明pH在5.5-6.7范圍內(nèi)氟離子的去除率最大。Langmuir等溫線模型表明氧化錳/氧化石墨烯的氟離子最大吸附量是11.93mg/g,是氧化石墨烯最大吸附量的8.34倍。動(dòng)力學(xué)模型用準(zhǔn)一級(jí)動(dòng)力學(xué),準(zhǔn)