石墨烯復(fù)合材料的制備及吸附性能研究.pdf

1、石墨烯是一種蜂窩狀晶格結(jié)構(gòu)的碳納米材料，具有較大的石墨層平面、獨(dú)特的二維結(jié)構(gòu)和孔徑分布。石墨烯的比表面積可高達(dá)2630m2/g，具備良好的化學(xué)穩(wěn)定性、機(jī)械性能及十分高的吸附容量等，這些性能使得石墨烯成為最具潛力的吸附材料?；谑﹥?yōu)異的特性，可利用石墨烯合成復(fù)合吸附材料，利用協(xié)同作用來加強(qiáng)復(fù)合材料在吸附、還原及電子傳遞等方面的能力，能更有效的進(jìn)行重金屬離子和有機(jī)污染物的去除，在水體吸附凈化處理上具有很好的應(yīng)用前景。本文以石墨烯為基體，

2、分別制備了氧化石墨烯/凹凸棒石（GO/APTG）、還原氧化石墨烯/凹凸棒石-零價(jià)鐵（rGO/APT-nZVI）和還原氧化石墨烯/聚苯胺（rGO/PANI）等復(fù)合材料，探討了復(fù)合材料對(duì)重金屬離子和有機(jī)染料的去除性能及機(jī)理。主要研究?jī)?nèi)容如下：
　?。?）通過十六烷基三甲基溴化銨（CTAB）改性的凹凸棒石（APTG）合成GO/APTG復(fù)合材料，并對(duì)陽離子染料亞甲基藍(lán)（MB）和羅丹明B（RB）進(jìn)行了吸附性能的研究，通過動(dòng)力學(xué)模型和熱力學(xué)模

3、型對(duì)吸附過程進(jìn)行分析。結(jié)果表明：?jiǎn)我蝗玖衔竭^程中，對(duì)MB的平衡吸附容量高達(dá)293mg/g，吸附率為97.7%，對(duì)RB平衡吸附容量為252mg/g，吸附率為84%。在MB和RB的二元染料中，吸附存在競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，GO/APTG復(fù)合材料對(duì)MB的吸附效果好于RB，對(duì)MB的吸附容量為251mg/g，吸附率可達(dá)到84%。MB和RB在單一染料或二元染料中均滿足準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)和Langmuir等溫吸附方程。
　?。?）以rGO/APT為載體，利用化

4、學(xué)液相還原法合成負(fù)載型納米零價(jià)鐵，并研究rGO/APT-nZVI復(fù)合材料對(duì)胭脂紅和其它有機(jī)染料的脫色效果和降解機(jī)理?？疾炝擞绊懨撋Ч闹饕蛩兀◤?fù)合材料的比例、pH值、溫度、吸附時(shí)間等），通過動(dòng)力學(xué)模型和熱力學(xué)模型對(duì)降解脫色過程進(jìn)行分析。結(jié)果表明：復(fù)合材料對(duì)胭脂紅和其它有機(jī)染料有良好的化學(xué)降解效果并具有降解長(zhǎng)效性，當(dāng)rGO/APT與nZVI的質(zhì)量比為1:2時(shí)，對(duì)胭脂紅的平衡吸附容量為158.5mg/g，去除率可到達(dá)95.9%。且rGO

5、/APT-nZVI復(fù)合材料對(duì)胭脂紅的降解脫色過程滿足準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)和Langmuir等溫吸附方程，通過Langmuir等溫吸附方程得到理論最大吸附容量可達(dá)到400mg/g。
　　（3）采用水熱法合成三維rGO/PANI復(fù)合材料，分別考查了復(fù)合材料對(duì)有機(jī)染料結(jié)晶紫和重金屬Cr(VI)的去除性能，研究了影響復(fù)合材料對(duì)兩類污染物去除性能的主要因素及不同去除機(jī)理，通過動(dòng)力學(xué)模型和熱力學(xué)模型對(duì)去除過程進(jìn)行分析。結(jié)果表明：復(fù)合材料在PANI與G

6、O的質(zhì)量比為1:1，pH=10時(shí)，對(duì)結(jié)晶紫的吸附容量為119.6mg/g，pH=2時(shí)，對(duì)重金屬Cr(VI)的吸附容量能達(dá)到97.7mg/g，在鹽溶液中，也能保持較好的吸附效果。三維rGO/PANI復(fù)合材料對(duì)Cr(VI)的去除過程滿足準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)和Langmuir等溫吸附方程。利用使用后的吸附劑作為電極材料，吸附結(jié)晶紫的復(fù)合材料比電容達(dá)到118F/g，而吸附Cr(VI)的比電容達(dá)到178F/g，這為此類吸附材料的循環(huán)利用提供新的研究思路。