磁性石墨烯氣凝膠的制備及對Pb(Ⅱ)、Cu(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)的吸附研究.pdf

1、隨著工業(yè)飛速發(fā)展，工業(yè)廢水的隨意排放造成了嚴重的重金屬污染問題，對人體健康和環(huán)境造成了極大的威脅。吸附法是一種能夠經(jīng)濟有效治理重金屬污染問題的方法，而石墨烯材料作為碳納米材料的新成員，具有優(yōu)異的理化性質(zhì)，巨大的比表面積，非常適合作為吸附劑對重金屬進行吸附。本文使用氧化石墨烯（GO）作為前驅(qū)體與納米Fe3O4顆粒進行復合，制備出磁性石墨烯氣凝膠材料——Fe3O4/RGO，并使用該復合材料作為吸附劑對水中的Pb(II)、Cu(II)、Cd(

2、II)三種重金屬進行高效吸附。論文的主要研究成果如下：
　　1.將納米Fe3O4顆粒與GO以1：2的比例進行復合，并通過添加EDA控制制備出Fe3O/RGO氣凝膠。使用SEM、XRD、FTIR和TG對復合材料進行表征，并對其進行磁分離測試。研究結(jié)果表明，F(xiàn)e3O/RGO能在40s內(nèi)實現(xiàn)快速磁分離。表征結(jié)果中， SEM可以清楚地看出白色納米 Fe3O4顆粒附著在孔隙狀石墨烯氣凝膠表面，XRD和FTIR都可以觀測到Fe3O4/RGO出

3、現(xiàn)了Fe3O4的特征峰，并且GO的特征峰幾近消失， XRD結(jié)果還在2θ≈23.4°處發(fā)現(xiàn)了RGO的特征峰，證明實驗成功制備出Fe3O4/RGO。TG的燃燒結(jié)果也與制備材料時Fe3O4與GO投加比相吻合。
　　2.將Fe3O4/RGO用于對Pb(II)的吸附去除研究，考察了pH、吸附時間、初始濃度、溫度對吸附效果的影響，并通過吸附等溫模型、吸附熱力學模型和吸附動力學模型對其進行擬合，深入研究了該過程的的吸附機理。研究結(jié)果表明，F(xiàn)e3

4、O4/RGO對 Pb(II)的吸附效果隨著pH的增加而增加，但綜合考慮Pb(II)的沉淀對吸附效果的影響，選取pH為6為后續(xù)反應的最佳pH。吸附反應能夠在120 min內(nèi)達到吸附平衡時的90％以上，并且吸附量隨著溶液初始濃度的增加，先快速增大，隨后逐漸趨于平緩。Fe3O4/RGO對Pb(II)的吸附符合Langmuir等溫吸附模型和準二級吸附動力學模型，根據(jù)吸附熱力學模型計算出的熱力學參數(shù)G、H和S值可以判斷出整個反應是自發(fā)且吸熱的過程

5、。將 Fe3O4/RGO和 GO對 Pb(II)的吸附結(jié)果進行比較發(fā)現(xiàn)， GO的吸附容量略大于Fe3O4/RGO，兩者Pb(II)的的最大吸附容量分別為252.53 mg·g-1和58.48 mg·g-1。這是由于還原過程中GO表面損失了一部分含氧官能團，并且Fe3O4的存在也占據(jù)了一部分吸附位點。但Fe3O4/RGO的吸附能力仍然強于傳統(tǒng)吸附劑。
　　3.考察了 Fe3O4/RGO對 Cu(II)、Cd(II)的吸附性能并與 P

6、b(II)做比較，發(fā)現(xiàn)Fe3O4/RGO對Cu(II)、Cd(II)的吸附也均符合Langmuir等溫吸附模型和準二級吸附動力學模型，吸附能力都隨著pH、時間、初始濃度的增加而增加。Fe3O4/RGO對三種重金屬的吸附能力排序為Cu(II)>Pb(II)>Cd(II)。同時還研究了Fe3O4/RGO同時吸附三種重金屬的情況，發(fā)現(xiàn)Fe3O4/RGO對每種重金屬的能力相較于單獨吸附時有所減弱，但仍然保持著較高的吸附能力，吸附能力依然是Cu(