石墨烯改性及其吸附酚類污染物的性能研究.pdf

1、石墨烯是碳原子以sp2雜化域呈蜂巢晶格排列構(gòu)成的二維平面碳材料。石墨烯的層狀結(jié)構(gòu)和大的比表面積使其在吸附去除污染物時表現(xiàn)出高的吸附容量和快的吸附速率。石墨烯還可以通過π-π作用選擇地吸附芳環(huán)類化合物。但石墨烯的水分散性較差，易團(tuán)聚，影響自身的吸附能力。另一方面，環(huán)境激素是一類難以處理的污染物，特別是低濃度條件下，目前許多污水處理廠并沒有行之有效的方法處理這類污染物，急需開發(fā)更有效的新方法。因此，本學(xué)位論文重點研究石墨烯的改性及其吸附性能

2、。
　　首先，采用改良Hummers法制備氧化石墨烯（GO），以水合肼作為還原劑，制備還原型 GO（RGO），通過控制還原反應(yīng)條件調(diào)控 GO的還原程度。掃描電鏡觀察以及 X-光電子能譜、拉曼和紅外光譜分析表明，還原反應(yīng)導(dǎo)致 GO表面大部分的含氧基團(tuán)消失。吸附實驗結(jié)果表明：隨著GO還原程度增加，其吸附能力逐漸增大。當(dāng)水合肼與GO的質(zhì)量比為1:1時，所得的RGO（RGO-1）對苯酚（PE）、4-甲酚（4-MP）和4-氯酚（4-CP）的

3、吸附容量最大，分別為0.483、0.829和0.909 mmol g-1。熱力學(xué)研究結(jié)果表明該過程是自發(fā)、放熱和熵值減小的物理吸附。以萘作為探針分子進(jìn)行了核磁共振譜分析，結(jié)果表明，π-π作用是 RGO與酚之間主要的作用力。還發(fā)現(xiàn)，酚的化學(xué)結(jié)構(gòu)也會影響吸附，苯環(huán)上引入供電子或吸電子取代基都可以提高其在RGO上的吸附容量。
　　然后，以RGO作為吸附劑，研究了低濃度雙酚類環(huán)境激素雙酚F（BPF）、雙酚A（BPA）和雙酚AF（BPAF）

4、在RGO上的吸附行為，并與高濃度水平條件下的吸附行為進(jìn)行了比較，發(fā)現(xiàn)在所考察的整個平衡濃度范圍內(nèi)（0.002-70 mg L-1）的吸附等溫線可以分成兩個階段：低濃度區(qū)域的吸附等溫線符合Freundlich模型，而高濃度區(qū)域符合Langmuir模型。這歸因于吸附過程誘導(dǎo)石墨烯形貌的轉(zhuǎn)變，從而出現(xiàn)不同的表面吸附位點。熱力學(xué)參數(shù)ΔG0、ΔH0和ΔS0表明該過程是一個自發(fā)、放熱和熵減的物理吸附。這些參數(shù)的絕對值隨著濃度的增加而減小，表明石墨烯

5、對低濃度雙酚的吸附結(jié)合力更強。利用透射電鏡、原子力顯微鏡、X-射線衍射和Raman光譜監(jiān)測石墨烯吸附前后結(jié)構(gòu)和形貌的變化，發(fā)現(xiàn)雙酚吸附量的增加導(dǎo)致石墨烯表面皺褶形成的凹槽區(qū)減少以及平面區(qū)增多。這一形貌的轉(zhuǎn)變是等溫線出現(xiàn)兩個階段的主要原因。
　　最后，以氨水為氮源，在180 oC下通過水熱反應(yīng)制備了氮修飾的 RGO（N-RGO），系統(tǒng)地研究了雙酚類環(huán)境激素（BPF和BPA）在N-RGO體系中的吸附與降解行為。結(jié)果表明：氮的引入不僅提

6、高了RGO的吸附能力，而且賦予了石墨烯良好的催化能力，可有效地活化過硫酸鹽（PS）。BPF和BPA在N-RGO上的吸附容量和降解速率常數(shù)分別約為未摻氮的RGO的1.75倍和700倍。在優(yōu)化條件下（pH6.6、PS濃度0.6 mmol·L-1、N-RGO濃度120 mg·L-1），0.385 mmol·L-1的BPA在17 min內(nèi)幾乎被完全去除。自由基捕獲實驗表明表面束縛的SO4--是主要的活性物種。通過考察PE、4-MP、4-CP、2