基于石墨烯-介孔(Si、Ti)氧化物復合材料的制備及吸附性能研究.pdf

1、近些年來，由于社會的迅速發展和松懈的環境監管，水污染日益加劇。染料以及重金屬是地表水中的主要污染物，尤其是在工業廢水中。其中大部分污染物是致癌、致畸和有毒的。如果工業廢水未經處理直接排放，將對生活用水以及生態環境造成巨大的危害。在最近幾十年中，已經實施了大量的治污措施，但在這些各種方法中，吸附是一種高效、靈活以及具有成本效益的的去除方法。石墨烯/介孔氧化物材料，因其制備簡便，吸附性能高效，無毒性且價格低廉等特點，是當前較具有廣闊應用前景

2、的材料之一。本文根據選取不同的介孔材料，設計且制備了一系列的吸附劑材料，并深入研究了其在工業廢水方面的處理應用。本論文共包括五個部分：
　?。?）以氧化石墨和正硅酸四乙酯為主要原材料，通過簡單的一步水熱合成法，合成具有優異吸附性能的石墨烯/介孔二氧化硅（GR/SiO2）材料。該材料不僅具有單體自身的特性，還具有較好的熱穩定性和更高的吸附性能。將所制備的材料應用于染料堿性品紅（BF）的吸附處理。結果表明：在最佳吸附條件下，即石墨烯/

3、二氧化硅的用量為50mg/mL、反應溫度和反應時間分別是60oC和5h，其吸附效率最高可達99％以上。GR/SiO2對堿性品紅的吸附符合Pseudo-second-order動力學方程，表明該吸附為化學吸附。吸附行為符合Freundlich等溫吸附模型。通過實驗所獲得的熱力學參數，表明整個吸附過程是吸熱且自發的。GR/SiO2復合材料在吸附-解吸過程重復三次時，仍具有一定的吸附能力。表明制備的GR/SiO2材料可用于吸附含BF染料廢水的

4、處理。
　?。?）以鹽酸四環素（TCH）和燦爛綠（BG）分別作為抗生素和染料材料的處理目標物，設計并制備了可應用于去除抗生素和染料的石墨烯/二氧化鈦（GR/TiO2）復合材料。采用FT-IR、X射線衍射儀（XRD）、拉曼光譜、紫外可見漫反射光譜（DRS）、透射電鏡（TEM）和掃描電鏡（SEM），對GR/TiO2復合材料進行了表征。為了優化復合材料應用于吸附水溶液中的鹽酸四環素和燦爛綠的條件，測定了GR/TiO2的用量、溫度和時間對

5、TCH和BG溶液的吸附效率的影響。也研究了其吸附動力學Pseudo-second-order方程、Langmuir方程、Freundlich方程以及吸附熱力學參數的影響。GR/TiO2復合材料在吸附–解吸重復三次之后仍具有較高的吸附容量。這表明所制備的GR/TiO2復合材料對有含染料和抗生素廢水的處理具有一定的應用潛力。
　?。?）Cr(VI)是非常有害的物質，會引起嚴重的環境污染。設計并制備了殼聚糖/石墨烯-二氧化鈦（CS/GR

6、-TiO2）復合材料，并應用于去除水溶液中Cr(VI)。采用紅外光譜、X射線衍射、拉曼光譜、透射電鏡、掃描電鏡和N2吸附-脫附測量對所制備的樣品進行了表征。該復合材料保留了石墨烯的較大比表面積、二氧化鈦的介孔結構以及殼聚糖的原始功能，這使得其能夠從污水中快速和有效地去除Cr(VI)。實驗結果表明，CS/GR-TiO2復合材料的最佳吸附工藝條件為：GR/TiO2對殼聚糖的質量比、CS/GR-TiO2復合材料的用量、反應溫度和反應時間分別是

7、6:4、20mg/mL、20oC和3h。動力學數據與Pseudo-second-order模型擬合。熱力學研究表明，吸附過程是放熱且自發的。因此可以得出，制備的CS/GR-TiO2復合材料對含Cr(VI)的廢水處理具有應用潛力。
　?。?）制備了一種新型且經濟環保的石墨烯/凹凸棒土/二氧化鈦（GR/Pal/TiO2）復合材料，并通過X-射線衍射、傅里葉變換紅外、N2吸附-脫附測量、透射電鏡和掃描電鏡進行了表征。將GR/Pal/Ti

8、O2復合材料用于去除含染料亞甲基藍（MB）的水溶液，并對吸附的最佳條件進行了研究。結果表明，當GR/Pal/TiO2復合材料的用量、反應溫度和反應時間分別為15mg/mL、40oC和1h，吸附效率可達近100%。吸附動力學遵循Pseudo-second-order模型，而吸附等溫線符合 Langmuir模型。吸熱的熱力學研究說明吸附過程是吸熱且自發的。與相關報道的不同材料相比，新型的GR/Pal/TiO2復合材料對MB具有很高的吸附能力

9、。結果表明，制備的GR/Pal/TiO2復合材料是去除廢水中亞甲基藍的很有前途的材料。
　?。?）合成了石墨烯/羧甲基纖維素/二氧化鈦（GR/CMC/TiO2）復合材料。制備的GR/CMC/TiO2可作為從水溶液中去除孔雀石綠（MG）染料的吸附劑。通過傅立葉變換紅外、X射線衍射、拉曼光譜和掃描電鏡分析了所制備的吸附劑的形態特征。也考察了吸附劑用量、吸附溫度和接觸時間等參數對吸附容量的影響。吸附動力學數據遵循 Pseudo-seco

10、nd-order動力學以及平衡吸附數據更符合Freundlich模型，吸附劑最大吸附容量為66.67mg/g，ΔG值為負表明吸附過程的可行性和自發性。當吸附-解吸過程重復五次時，復合材料仍具有較高的吸附能力。以上結果表明，GR/CMC/TiO2復合材料是一種可吸附含孔雀石綠廢水的高性能吸附劑。
　　本文設計并制備了五類具有優越性能的吸附材料，其制備工藝方便簡單、且價格低廉、對染料吸附效果好及回收利用率高，在實際的廢水處理領域具有廣