石墨烯復合材料的制備及其對染料廢水處理的研究.pdf

1、染料廢水的處理是目前世界性的難題之一，尋找綠色、節(jié)能的治理方法與研制高效、新型的材料顯得極為迫切。石墨烯因其具有巨大的比表面積、表面豐富的含氧官能團而呈現(xiàn)出極強的吸附能力，在處理染料廢水方面具有巨大的潛在應用價值。而石墨烯因其自身的團聚現(xiàn)象所導致的吸附能力低下和吸附平衡過久等問題在一定程度上限制了石墨烯的實際應用。
　　將石墨烯(Graphene)與其它材料進行復合不僅可以解決上述兩個問題而且可以進一步增強材料的整體功能。石墨烯與

2、零價鐵鎳雙金屬的復合不僅使材料整體具有吸附與還原降解的雙重功能，而且材料本身對環(huán)境十分友好，并針對某些染料具有十分出色的處理效果。在石墨烯片層中引入介孔納米二氧化硅，可以使材料之間相互隔離，進而起到阻礙石墨烯片層之間團聚的作用，極大地增加了對染料的吸附速率。石墨烯與氫氧化鎂的復合可以極大地增強材料的吸附能力，同時磁性的加入也使得材料易于分離。
　　1.制備石墨烯雙金屬(Graphene/bimetal)復合材料。將FeCl3、Ni

3、Cl2·6H2O的混合溶液與氧化石墨烯(GO)懸浮液快速混合攪拌，在常溫與通氮條件下，利用硼氫化鈉溶液直接還原合成Graphene/bimetal復合材料并對陽離子染料結晶紫(CV)進行去色研究。通過X射線衍射、傅里葉紅外等技術手段證明了Graphene/bimetal復合材料的主要成分與結構，利用掃描透射電鏡能夠清楚地發(fā)現(xiàn)位于透明石墨烯片層上均勻分散的鐵鎳雙金屬納米粒子。采用紫外可見分光光度法研究并比較了單一石墨烯以及Graphene

4、/bimetal復合材料對CV染料的處理效果，分別討論了溶液酸堿度、作用時間、溫度以及CV初始濃度對上述兩種材料去色性能的影響。結果表明準二級動力學和Langmuir等溫吸附模型可以較為準確地描述單一石墨烯材料脫色CV的過程和方式;單一鐵鎳雙金屬的還原降解行為屬于準一階動力學。Graphene/bimetal復合材料相對于單一石墨烯表現(xiàn)出更為優(yōu)異的去色能力以及更快的去色速率。
　　2.制備石墨烯介孔二氧化硅(Graphene/Si

5、O2)復合材料。使用十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)作為模板劑控制目標材料的形貌，將正硅酸四乙酯(TEOS)作為硅源，控制上述混合物pH8.5左右并在40℃水浴條件下與GO攪拌合成GO/SiO2復合物，繼而通過熱還原得到目標產物。從SEM和TEM圖中可發(fā)現(xiàn)，石墨烯片層上大量整齊、均一地覆蓋著球狀的介孔二氧化硅。利用紫外可見分光光度法研究了材料對CV染料的處理效果，分別討論了溶液酸堿度、作用時間、材料用量、溫度以及CV初始濃度對去色效果造

6、成的影響。實驗發(fā)現(xiàn)準二級動力學以及Langmuir等溫吸附模型更加契合該復合材料對CV的吸附過程和方式，熱力學參數(shù)也進一步表明了材料對CV的吸附是吸熱的。
　　3.制備磁性石墨烯氫氧化鎂(Graphene/Mg(OH)2)復合材料。將FeCl3·6H2O和MgCl2·6H2O加入至GO的乙二醇懸浮液中，利用氫氧化鈉控制堿性生成對應的金屬氫氧化物，繼而通過水熱法在180℃下制備具有磁性的Graphene/Mg(OH)2復合材料。利用