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?yàn)樘厥獾碾妼W(xué)和力學(xué)性能碳家族材料受到了廣泛關(guān)注，尤其是氧化石墨烯和石墨烯。由于具有獨(dú)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(dá)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(xué)修飾來進(jìn)行調(diào)整，導(dǎo)致它們有很多潛在的應(yīng)用價(jià)值。
　　 本論文通過修正的Hummers方法制備了氧化石墨烯，化學(xué)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(jìn)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(qiáng)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(diǎn)。另外通過B

3、ET表征我們得到石墨烯的比表面積高達(dá)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(xué)和吸附熱力學(xué)兩個(gè)方面研究了五種不同碳材料對于二價(jià)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(xué)法石墨烯)吸附二價(jià)鎘離子屬于化學(xué)作用伴隨下的物理吸附，化學(xué)吸附占主

4、導(dǎo)地位，該吸附很快能達(dá)到平衡。從吸附性能上說物理法合成的石墨烯性能最佳，達(dá)到了138.6毫克/克。這些碳材料吸附性能的排序?yàn)椋何锢矸ㄊ?活性炭>氧化石墨烯>碳納米管>化學(xué)法石墨烯。同時(shí)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(yīng)是放熱反應(yīng)，但是其它四種吸附材料則剛好相反是吸熱反應(yīng)。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(lǐng)域必