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石墨烯/介孔二氧化硅纳米复合材料的制备及其吸附性能研究

梁漫  
【摘要】:石墨烯由于具备比表面积大、机械强度大、导热系数大以及良好的光热性能等诸多优点,在电极材料、吸附材料等领域有着潜在的应用前景,因此成为人们的关注热点;而介孔二氧化硅不仅拥有极好的亲水性能,其多孔结构为该材料在不同领域的应用埋下伏笔。本文采用简单的方法制备了两种介孔三明治结构的石墨烯/介孔二氧化硅复合材料,并研究了其对亚甲蓝的吸附性能,具体内容如下:1.三明治结构GO@mSiO2的制备及其对亚甲蓝吸附性能的研究。以氧化石墨烯为基底材料,在氧化石墨烯表面包覆介孔二氧化硅,形成具有三明治结构GO@mSiO2复合纳米材料。采用多种分析手段对材料结构进行表征。该材料厚度约为9 nm,具有较大的比表面积(634 m2/g),孔径约为2.8 nm同时该材料具有较好的光热性能。研究了GO@mSiO2对亚甲蓝溶液的吸附性能,考察了亚甲蓝溶液的pH值、亚甲蓝溶液的浓度以及不同的温度对吸附性能的影响。在pH为4的时候,最大吸附量(qe)可达305.3 mg/g,吸附效率(E)达到93%。随着亚甲蓝浓度的增加,吸附效率逐渐变小,最大吸附量逐渐升高。随着温度的升高,吸附性能逐渐降低。同时,该材料具有较好的循环使用性能。吸附行为符合二级动力学方程和郎缪尔单层吸附,热力学研究表明吸附过程为放热自发过程。2.三明治结构Fe3O4/GO@mSiO2的制备及其对亚甲蓝吸附性能的研究。采用溶剂热法制备出Fe3O4/GO磁性纳米复合物,在其表面包覆介孔二氧化硅形成三明治结构Fe3O4/GO@mSiO2复合材料。该材料厚度约为15nm,孔径约为2.2nm,对980nm近红外光表现出较好的光热性能。相对于GO@mSiO2,该材料引入四氧化三铁之后,比较面积有所下降(179m2/g),但利用其磁性可将吸附剂回收利用。Fe3O4/GO@mSiO2对亚甲蓝吸附性能研究结果表明:在pH为5的时候,最大吸附量(qe)可达125.1mg/g,吸附效率(E)达到96%。随着亚甲蓝浓度的增加,吸附效率逐渐变小,最大吸附量逐渐升高。随着温度的升高,吸附性能逐渐降低。同时,该材料具有较好的循环使用性能。吸附行为符合二级动力学方程和郎缪尔单层吸附,热力学研究表明吸附过程为放热自发过程。


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