基于石墨烯復合材料的制備及其對重金屬離子的吸附性能研究.pdf

1、金屬材料與人類關系密切，廣泛運用于各行各業(yè)。但伴隨金屬材料的加工和腐蝕隨之產(chǎn)生了大量的重金屬廢水，由于重金屬離子具有不易被生物降解的特點，它能通過生物鏈循環(huán)逐漸進入植物體、動物體，并在其中富集，并最終危害到人類的自身健康。因此如何有效去除廢水中重金屬離子已經(jīng)成為人類必須面對的課題。相比其他重金屬去除方法，吸附法由于具有成本低，效率高，操作簡易，具有廣泛的應用前景。本論文以石墨烯為原材料，通過對其功能化改性，制備了幾種重金屬離子吸附劑材料

2、。并就其對水溶液中重金屬離子的吸附行為進行了系統(tǒng)的研究。主要的研究類容包括：
　　(1)制備了氧化石墨烯/聚乙烯亞胺的復合材料(GO/PEI)，系統(tǒng)考察了該材料對 Cr(VI)的吸附性能。探討了PEI與GO復合的最優(yōu)比例、吸附時間、Cr(VI)離子初始濃度、溶液pH、及溶液溫度等對吸附性能的影響。利用SEM、FT-IR和XPS等表征測試手段對GO和GO/PEI材料的形貌結構進行了分析，并對該復合材料對Cr(VI)吸附機理進行了研究

3、。實驗結果表明該材料對Cr(VI)具有很高的吸附量，能達到539.53 mg.g-1。同時材料表現(xiàn)出良好的再生能力，重復使用五次以后吸附容量還能達到初始吸附容量的81％，這些都說明我們的樣品對于Cr(VI)具有非常優(yōu)秀的吸附能力和潛在的工業(yè)應用前景。
　　(2)利用聚丙烯胺修飾氧化石墨烯，制備了聚丙烯胺/氧化石墨烯(GO/PAA)，并研究該復合材料對水溶液中重金屬離子Cu(II)的吸附性能。探討了PAA與GO不同比例復合時對Cu(

4、II)的吸附性能變化，以及吸附時間、Cu(II)離子初始濃度等因素對GO/PAA吸附量的影響，研究了吸附過程中的動力學、熱力學及吸附等溫線。研究結果表明在優(yōu)化的實驗條件下，該復合材料相比未加被修飾的氧化石墨烯對銅離子的吸附量提高了3倍以上；GO/PAA對Cu(II)的吸附等溫線擬合更符合Langmuir模型，GO/PAA對Cu(II)的吸附動力學擬合擬二級動力學模型較好。此外，通過不同溫度下的吸附熱力學數(shù)據(jù)求得的吉布斯自由能(?Go)、

5、焓變(?Ho)和熵變(?So)值表明，吸附材料對Cu(II)離子的吸附過程是可自發(fā)進行的吸熱過程。GO/PAA在進行了五次吸附-解吸循環(huán)實驗后，它們的吸附容量變化很少，能保持起始吸附能力的87.6%，表明這中種吸附劑的穩(wěn)定性較高，并且是可以被循環(huán)利用的。
　　(3)合成了基于石墨烯的磁性復合材料—三乙烯四胺/磁性還原氧化石墨烯(TET-MRGO)，采用SEM、FT-IR、XRD、XPS和磁化曲線等各種表征手段對復合材料掃描電子顯微

6、鏡(SEM)、傅里葉變換紅外光譜(FT-IR)和X射線光電子能譜(XPS)，X射線衍射(XRD)，磁化曲線等手段對復合材料進行了系統(tǒng)的表征。利用該復合材料去除水體中的Cu(II)。探討了吸附時間、Cu(II)離子初始濃度等因素對TET-MRGO吸附量的影響，優(yōu)化吸附實驗條件。研究了吸附過程中的動力學、熱力學及吸附等溫線。研究表明該復合材料的磁飽和量能達到42.13 emu.g-1，很容易通過外加磁場對吸附后的溶液進行分離。TET-MRG