收藏本站
收藏 | 论文排版

功能化氧化石墨烯的制备及其吸附性能研究

谭平  
【摘要】:氧化石墨烯(GO)是一种新型二维碳纳米材料,它含有大量的含氧官能团和离域π电子,这些独特的结构使GO对重金属和有机物具有较强的吸附能力,并且在酸碱溶液中表现出较高的稳定性,被认为是一种超级吸附材料。然而,在吸附过程中由于GO静电排斥力减弱,容易团聚,引起比表面积下降,从而导致吸附性能降低;另外,GO尺寸较小,难以回收循环再生利用,极大地限制了在吸附领域中的应用。因此,对GO进行功能化修饰以提高吸附性能和循环再生能力显得十分重要。目前,对GO功能化修饰合成复合材料的研究仍处于发展阶段,在合成过程中仍有许多亟需解决的问题:比如,合成过程复杂;使用大量的有机溶剂和有毒物质;共价键修饰的GO吸附容量不高等等。为此,本论文以GO为基材,通过简单、环保的自组装方法制备了具有高效吸附性能的GO基复合重金属吸附材料;另外,通过共价键作用将超分子β-环糊精(β-CD)修饰在GO表面以提高对有机物的吸附能力。主要研究内容和结果如下:(1)利用诱导定向流方法制备了GO膜,通过SEM、TEM、XRD、FT-IR、Raman等手段分析GO膜的形态结构。结果表明GO膜为高度有序的层状膜,层间距大于GO。通过批式吸附实验考察了pH、离子强度、接触时间和金属离子浓度对GO膜吸附Cu2+、Cd2+和Ni2+的影响及其再生性能。结果表明GO膜对三种金属离子的吸附受pH影响较大,而受离子强度影响较小。GO膜对Cu2+、Cd2+和Ni2+的吸附等温线符合Langmuir模型,最大吸附容量分别为72.6 mg/g,83.8 mg/g和62.3mg/g。大约15min达到吸附平衡,吸附过程遵循二级动力学模型。GO膜拥有优异的再生性能,经过六次吸附/解吸循环后,对Cu2+、Cd2+和Ni2+的吸附容量仅下降10%,12%和21%。(2)在GO膜对溶液中单组份金属离子吸附的基础上,进一步探讨了GO膜对溶液中多组份金属离子的竞争吸附行为和机理。结果表明在含有Cu2+的多元系统中,GO膜对Cu2+的吸附表现出较强的选择性。在二元溶液中的吸附顺序为Cu2+Ni2+Cd2+,而在三元溶液中的吸附顺序则为Cu2+Cd2+Ni2+。起初吸附的金属离子可能会被后来吸附的金属离子取代。GO膜对重金属离子吸附亲和力的大小主要由金属离子之间的硬酸硬碱软酸软碱差异决定,并以此引发金属离子在GO膜上的相互取代。(3)通过静电纺丝技术制备了聚乙烯醇/氧化石墨烯(PVA/GO)纳米纤维,并用于对Cu2+和Cd2+的吸附。利用SEM、TEM、FTIR、Raman、XRD等表征了PVA/GO纳米纤维的形貌结构。结果表明PVA/GO纳米纤维表面含有丰富的含氧基团,且纤维连续、表面光滑、无串珠。GO能够均匀分散在PVA纳米纤维中,负载量可达20wt%,且能够包覆在纳米纤维表面。通过批式吸附实验考察了pH、离子强度、温度、接触时间和金属离子浓度对吸附性能的影响。结果表明PVA/GO纳米纤维对Cu2+和Cd2+的吸附等温线符合Langmuir模型,吸附主要由PVA/GO纳米纤维上的羰基和羧基以及GO上离域π电子起主要作用。大约25min达到吸附平衡,吸附过程遵循二级动力学模型。经过八次吸附解吸后,PVA/GO纳米纤维对Cu2+和Cd2+的吸附能力仅下降15.5%和13.8%。(4)采用两步反应法合成GO-β-CD,利用FT-IR和XPS确定了β-CD被成功修饰到GO表面。通过批式吸附实验考察了GO-β-CD对模型有机分子Php的吸附性能。结果表明离子强度基本不会影响GO-β-CD对Php的吸附容量。GO-β-CD对Php的吸附是一个较快的过程,大约20min达到吸附平衡,吸附过程遵循二级动力学模型。吸附等温线符合Langmuir模型,在298,308,318K时的最大吸附容量分别为94.6,72.3和65.8 mg/g。吸附机理包括包合作用、π-π作用和氢键作用。经六次吸附/解吸后,GO-β-CD对Php仍保持较高的吸附容量。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 李宗红;;石墨烯——二维碳的奇妙世界[J];宝鸡文理学院学报(自然科学版);2010年04期
2 李永玺;陈彧;庄小东;张斌;朱金辉;李佩佩;牛丽娟;;石墨烯化学及潜在应用[J];上海第二工业大学学报;2010年04期
3 常艳丽;陈胜;曹傲能;;压力促进氧化石墨烯水热还原反应的机理[J];上海大学学报(自然科学版);2010年06期
4 王耀玲;罗雨;陈立宝;李秋红;王太宏;;石墨烯材料的研究进展[J];材料导报;2010年S1期
5 任文才;高力波;马来鹏;成会明;;石墨烯的化学气相沉积法制备[J];新型炭材料;2011年01期
6 王延相;刘玉兰;王丽民;季敏霞;王成国;;由聚丙烯腈基碳纤维制备石墨烯薄膜的探索研究[J];功能材料;2011年03期
7 刘霞;;石墨烯:硅的“终结者”?[J];发明与创新(综合科技);2011年09期
8 ;科学家观察到石墨烯内电子间相互作用[J];黑龙江科技信息;2011年27期
9 袁文辉;李保庆;李莉;;改进液相氧化还原法制备高性能氢气吸附用石墨烯[J];物理化学学报;2011年09期
10 ;美开发出人工合成高质量石墨烯新方法[J];天然气化工(C1化学与化工);2011年05期
11 段彩英;叶能胜;谷学新;;石墨烯在分析科学中的应用新进展[J];化学通报;2011年12期
12 沈熙磊;;科学家用石墨烯成功制备出石墨烷[J];半导体信息;2011年05期
13 童小翠;王静;张瑾;;石墨烯的合成与表征[J];广州化工;2012年02期
14 ;英研制出石墨烯透水材料[J];人工晶体学报;2012年01期
15 黄宛真;杨倩;叶晓丹;孔凡志;;石墨烯层数的表征[J];材料导报;2012年07期
16 陈宽;田建华;崔兰;林娜;单忠强;;石墨烯和铂/石墨烯的合成及其表征[J];无机化学学报;2012年08期
17 高振华;张建伟;王海滨;张伟;孙瑾;;石墨烯的应用研究进展[J];化工科技;2012年04期
18 张闵;尚小鹏;李静;王贤保;;石墨烯及其复合材料在电化学领域的应用[J];胶体与聚合物;2012年04期
19 姜丽丽;鲁雄;;石墨烯制备方法及研究进展[J];功能材料;2012年23期
20 萧如珀;杨信男;;2004年10月22日:发现石墨烯[J];现代物理知识;2012年05期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 赵福刚;李维实;;树枝状结构功能化石墨烯[A];中国化学会第27届学术年会第04分会场摘要集[C];2010年
2 帅志刚;龙孟秋;唐令;王冬;;纳米带状石墨烯与石墨炔的电子结构与电荷输运[A];中国化学会第27届学术年会第14分会场摘要集[C];2010年
3 王琳;赵立峰;孙淮;;分子动力学模拟计算搀硅石墨烯的热传导系数[A];中国化学会第27届学术年会第14分会场摘要集[C];2010年
4 刘吉洋;郭少军;翟月明;李丹;汪尔康;;肉豆蔻酰磷脂酰甘油保护石墨烯的制备[A];中国化学会第27届学术年会第09分会场摘要集[C];2010年
5 刘云圻;魏大程;狄重安;武斌;郭云龙;于贵;;少数层石墨烯的可控制备和电性能研究[A];中国化学会第27届学术年会第04分会场摘要集[C];2010年
6 张佳利;沈广霞;郭守武;;化学还原的单层氧化石墨烯的电学性质研究[A];中国化学会第27届学术年会第04分会场摘要集[C];2010年
7 付磊;刘楠;戴博雅;刘迅;张朝华;刘忠范;;石墨烯的表面控制生长[A];中国化学会第27届学术年会中日青年化学家论坛摘要集[C];2010年
8 张智军;张立明;黄洁;夏景光;;基于氧化石墨烯的新型功能纳米载体的制备及其应用研究[A];中国化学会第27届学术年会第04分会场摘要集[C];2010年
9 刘洪涛;郑健;刘云圻;于贵;朱道本;;氨水和氨水蒸汽还原法制备石墨烯[A];全国第八届有机固体电子过程暨华人有机光电功能材料学术讨论会摘要集[C];2010年
10 陈永胜;黄毅;马延风;王燕;许艳菲;张小岩;梁嘉杰;吕歆;;可溶性石墨烯材料的宏量制备及其器件应用[A];全国第八届有机固体电子过程暨华人有机光电功能材料学术讨论会摘要集[C];2010年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 刘霞;韩用石墨烯制造出柔性透明触摸屏[N];科技日报;2010年
2 记者 王艳红;“解密”石墨烯到底有多奇妙[N];新华每日电讯;2010年
3 本报记者 李好宇 张芃捷(实习) 特约记者 李季;石墨烯未来应用的十大猜想[N];电脑报;2010年
4 证券时报记者 向南;石墨烯贵过黄金15倍 生产不易炒作先行[N];证券时报;2010年
5 本报特约撰稿 吴康迪;石墨烯 何以结缘诺贝尔奖[N];计算机世界;2010年
6 记者 谢荣 通讯员 夏永祥 陈海泉 张光杰;石墨烯在泰实现产业化[N];泰州日报;2010年
7 本报记者 纪爱玲;石墨烯:市场未启 炒作先行[N];中国高新技术产业导报;2011年
8 周科竞;再说石墨烯的是与非[N];北京商报;2011年
9 王小龙;新型石墨烯材料薄如纸硬如钢[N];科技日报;2011年
10 本报记者 刘霞;石墨烯是神奇材料吗?[N];科技日报;2011年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978