石墨烯基復(fù)合材料的制備及其對(duì)染料的吸附性能研究.pdf

1、隨著印染工業(yè)的加速發(fā)展，越來(lái)越多含有染料的廢水被排放到水環(huán)境中。吸附法作為一種成本低、操作簡(jiǎn)單的水凈化處理工藝，特別適合于成分越來(lái)越復(fù)雜的印染廢水的處理。吸附法處理印染廢水的關(guān)鍵在于吸附劑，尋求制備工藝簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、更加高效、具有更大吸附量的新型吸附材料是科研工作者一直在努力探尋的目標(biāo)。石墨烯作為碳家族中嶄新的一員，高比表面積的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)使其具有良好的吸附性，已有不少文獻(xiàn)報(bào)道了石墨烯基材料作為吸附劑應(yīng)用于污水處理。本文采用改進(jìn)的化學(xué)Hu

2、mmers法制備出氧化石墨烯（GO），再應(yīng)用氫氣、水熱法、水合肼、氫溴酸等四種不同還原方式對(duì)氧化石墨烯進(jìn)行還原處理，獲得石墨烯，研究了氧化石墨烯與石墨烯對(duì)四種不同染料的吸附性能。結(jié)果顯示氧化石墨烯、氫氣和氫溴酸還原的石墨烯對(duì)四種染料的吸附性能最好，溶液pH值會(huì)影響吸附效果。構(gòu)建石墨烯宏觀復(fù)合材料是促其走向?qū)嶋H應(yīng)用的最有效途徑。鑒于氧化石墨烯吸附性能良好，制備過(guò)程卻比石墨烯簡(jiǎn)單，應(yīng)用生物相容性好的聚乙烯醇（PVA），以簡(jiǎn)單的溶膠-凝膠法制

3、備出了PVA/GO復(fù)合水凝膠材料，并研究了其對(duì)亞甲基藍(lán)的吸附性能。PVA/GO復(fù)合水凝膠中的氧化石墨烯被固定在PVA基質(zhì)之上，形成具有三維空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的凝膠體，吸附完成以后，能夠容易地在水中沉淀并被過(guò)濾除去，避免了純氧化石墨烯因體積微小，直接應(yīng)用于水處理所造成的二次污染。PVA/GO復(fù)合水凝膠對(duì)亞甲基藍(lán)的最大吸附量為476.2mg/g，說(shuō)明其是吸附亞甲基藍(lán)的優(yōu)良吸附劑。
　　本研究用三種等溫模型對(duì)PVA/GO復(fù)合水凝膠吸附亞甲基藍(lán)

4、的吸附等溫線進(jìn)行了擬合，此吸附過(guò)程符合 Freundlich模型和 Dubinin–Radushkevich模型。考察了溶液初始濃度、氧化石墨烯含量、吸附劑量、溶液初始pH值、反應(yīng)溫度、吸附時(shí)間等外界因素對(duì)吸附過(guò)程的不同影響。動(dòng)力學(xué)研究表明，該吸附實(shí)驗(yàn)適合用準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型和內(nèi)擴(kuò)散模型來(lái)擬合，表明本吸附過(guò)程包含表面吸附和顆粒內(nèi)擴(kuò)散兩個(gè)過(guò)程。熱力學(xué)研究也證明了PVA/GO復(fù)合水凝膠吸附亞甲基藍(lán)的過(guò)程是一個(gè)自發(fā)可行的、吸熱的、物理吸附過(guò)程。

5、采用無(wú)臭無(wú)毒、水溶性好的陰離子聚丙烯酰胺（APAM），先與氧化石墨烯直接復(fù)合，制備出了APAM/GO復(fù)合水凝膠；再運(yùn)用真空冷凍干燥機(jī)對(duì)水凝膠進(jìn)行處理，制備出了具有質(zhì)輕、疏松、多孔結(jié)構(gòu)特征的APAM/GO復(fù)合氣凝膠材料，并應(yīng)用于對(duì)堿性品紅的吸附實(shí)驗(yàn)。APAM/GO復(fù)合氣凝膠中的氧化石墨烯被結(jié)合固定在APAM上，吸附完成以后，能夠容易地在水中沉淀并被過(guò)濾除去。APAM/GO復(fù)合氣凝膠對(duì)堿性品紅的最大吸附容量達(dá)到1034.3 mg/g，說(shuō)明其

6、具有對(duì)高濃度、帶有正電荷的堿性品紅染料的高吸附能力，這是材料豐富的多孔結(jié)構(gòu)和多官能團(tuán)共同作用的結(jié)果。吸附機(jī)理除了染料分子與吸附劑之間通過(guò)范德華力、氫鍵、離子鍵、靜電作用和π-π鍵相互作用外，還包括架橋交聯(lián)、電荷中和等絮凝機(jī)理的協(xié)同作用。用三種等溫模型對(duì)APAM/GO復(fù)合氣凝膠吸附堿性品紅的吸附等溫線進(jìn)行了擬合，符合Langmuir模型和Dubinin-Radushkevich模型，說(shuō)明本吸附過(guò)程發(fā)生在單分子層表面，且屬于化學(xué)吸附?？疾炝?/p>