【摘要】：隨著科學技術(shù)的快速發(fā)展,人類的生活水平不斷提高,賴以生存的環(huán)境卻面臨著極大的威脅。無論是水體、空氣還是土壤,都遭受了嚴重破壞。水是生命的源泉,水污染直接危害著人類的健康甚至生存,治理水污染已刻不容緩。污染的水體中含有大量的重金屬離子、陰離子和有機污染物等,吸附和光催化是便捷、有效的處理方法。石墨烯由于其獨特的理化性質(zhì),已成為吸附劑和光催化劑的良好載體。面對各種各樣的污染物,我們需要不斷研發(fā)出具有針對性的石墨烯功能材料來應(yīng)用于不同的污染物治理中。本論文研究的主要內(nèi)容是制備基于氧化石墨烯的納米功能材料,并研究其對污染物去除的性能。具體如下:1.采用簡便的聲化學方法成功合成了(Zr O2-Al2O3)/GO納米復合材料。在制備過程中由聲化學產(chǎn)生的獨特氣氛賦予(Zr O2-Al2O3)/GO納米復合材料特殊的3D網(wǎng)絡(luò),與通過共沉淀法制備的相同復合物相比,其產(chǎn)生更大的表面積(42.84 m2/g)和更好的金屬氧化物納米顆粒分布(14.38 nm)。合成的(Zr O2-Al2O3)/GO最大F-吸附容量為124.4 mg/L,當F-平衡濃度為1 mg/L時,吸附能力為13.80 mg/L,均高于大多數(shù)先前報道的除氟吸附劑,顯示其優(yōu)異的吸氟性能。使用(Zr O2-Al2O3)/GO以流動吸附方式處理被F-污染的真實飲用水,結(jié)果表明該吸附劑可以從實際飲用水中去除大量氟化物,并達到世界衛(wèi)生組織的標準,顯示其具有巨大的實際應(yīng)用潛力。在實驗分析的基礎(chǔ)上,詳細討論了高除氟性能的來源和吸附機理。由于制備簡單、操作簡便、性能高,吸附劑和相關(guān)的聲化學方法被認為對開發(fā)高效吸附劑具有重要意義。2.通過采用簡單的一步水熱反應(yīng)將氧化石墨烯與氧化錳進行復合,成功制備了Mn3O4/3D r GO納米復合材料。結(jié)果表明Mn3O4/3D r GO復合材料對環(huán)丙沙星在25℃下達到最大吸附量為76.09 mg/g,其吸附符合Langmuir等溫模型。Mn3O4/3D r GO復合材料對環(huán)丙沙星的吸附在12h達到吸附平衡,吸附動力學符合擬二級動力學方程,顆粒內(nèi)擴散和外擴散可能都存在于吸附過程中以控制吸附速率。此外,其吸附過程條件比較溫和,在6.1p H8.7條件下即可進行。具有良好的離子抗干擾能力及再生能力,在四次循環(huán)后仍能有62.3%的吸附效果。最后在實驗數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上結(jié)合XPS詳細研究分析了Mn3O4/3D r GO對環(huán)丙沙星的吸附機制。3.通過簡單的一步水熱法將BiOBr與GO復合,并通過添加葡萄糖原位自還原出單質(zhì)Bi,最終成功合成Bi/Bi OBr/r GO納米光催化材料。結(jié)果表明Bi/Bi OBr/r GO對四環(huán)素具有良好的吸附性能和光催化降解性能。在吸附-光催化協(xié)同作用下,材料在20 min內(nèi)快速礦化四環(huán)素且完全去除;通過流動相實驗發(fā)現(xiàn)Bi/Bi OBr/r GO可以連續(xù)不間斷地高效去除四環(huán)素10小時,此后去除緩慢降低,在38小時的時候達到平衡,其平衡時的去除率大約為40%;Bi/Bi OBr/r GO有很強的再生性能,在不進行任何洗滌的環(huán)境下能良好循環(huán)5次且第五次的去除率仍高達90%;這表明Bi/Bi OBr/r GO具有很好的實際應(yīng)用潛能。在通過液質(zhì)聯(lián)用、捕獲實驗、Mott-Schottky曲線等實驗的基礎(chǔ)上,詳細分析了Bi/Bi OBr/r GO降解四環(huán)素的降解通路及光催化降解機理。
【圖文】：

第一章 緒論背景生物醫(yī)藥、能源催化、環(huán)境保護、電子設(shè)備等行業(yè)的快速發(fā)展域取得了長足的進步[1]，其中氧化石墨烯（GO）由于它低廉價廣泛用于各種領(lǐng)域[2]。然而，氧化石墨烯（GO）很容易堆積和特的層狀結(jié)構(gòu)及表面大量官能團已經(jīng)成為許多材料的良好載互補以彌補自身不足、實現(xiàn)互補優(yōu)勢，因此被大量用來制作生及傳感器和催化劑等功能材料[4]。伴隨著科技的發(fā)展，大量新料被研發(fā)出來并被廣泛的應(yīng)用于各種領(lǐng)域中。石墨烯簡介及制備

石墨烯與沸石、活性炭、樹脂等常見的吸附材料相比，具有更大的比表面積和更高的吸附效率。石墨烯雖然有良好的性能，但因其疏水性導致石墨烯在水溶液中的溶解度很小。氧化石墨烯（Grapheneoxide，簡寫 GO）是石墨經(jīng)過氧化剝離而得到的一種功能化石墨烯。它是一種二維碳材料，其結(jié)構(gòu)和石墨烯大致相似，具有單原子層厚度[4]。與石墨烯相比，氧化石墨烯含有 C-O-C、-COON、-OH、C=O 等含氧官能團（如圖 1-2 所示）。這些含氧官能團不但使得氧化石墨烯具有相對較強的反應(yīng)活性，，在水中具有良好的分散性，而且為氧化石墨烯納米復合材料的形成提供了有利的結(jié)合位點，因此氧化石墨烯是一種理想的載體材料。還原氧化石墨烯（ReducedGrapheneoxide，簡寫 rGO）是單層氧化石墨烯通過化學或熱處理等方法不完全去除其中的含氧官能團（基團）后得到的一種二維碳材料。還原氧化石墨烯是氧化石墨烯的衍生產(chǎn)物，因此還原氧化石墨烯也同樣具有氧化石墨烯的特性，如良好的導熱性，良好的化學穩(wěn)定性，優(yōu)異的機械性能，較高的電子遷移率和較大的比表面積[5]。
【學位授予單位】：南昌航空大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：X52;TQ127.11

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本文編號：2653705