發(fā)布時(shí)間：2020-07-23 20:58

【摘要】：淡水資源短缺以及嚴(yán)重的水污染已經(jīng)成為當(dāng)今全球面臨的重要挑戰(zhàn)之一,有機(jī)染料和重金屬離子作為水中的主要污染物,對(duì)人類(lèi)的身體健康造成極大危害,而石墨烯及其衍生物由于具有獨(dú)特二維單原子層的厚度以及優(yōu)異的物理化學(xué)性質(zhì),在海水淡化和污水處理方面具有極其重要的應(yīng)用價(jià)值,因此日益引起人們的關(guān)注。石墨烯膜材料在溶液中具有很好的穩(wěn)定性,能夠作為一種選擇分離膜,對(duì)溶液中的離子分子進(jìn)行篩選過(guò)濾,且石墨烯及其衍生物由于具有高的比表面積,能夠作為一種良好的吸附材料,可以通過(guò)氫鍵,疏水作用,范德瓦爾斯相互作用,靜電相互作用,π-π堆疊相互作用,絡(luò)合作用等實(shí)現(xiàn)對(duì)有機(jī)污染物和重金屬離子的有效吸附。吸附法由于操作過(guò)程簡(jiǎn)潔方便、成本低、效率高而被廣泛的應(yīng)用。石墨烯,氧化石墨烯(Graphene Oxide,GO),還原氧化石墨烯(Reduced Graphene Oxide,RGO)由于碳原子雜化結(jié)構(gòu)不同,表面性質(zhì)不同,對(duì)不同污染物有不同的吸附效果。研究并比較石墨烯及其衍生物對(duì)污染物的吸附效果,有助于更好的利用石墨烯類(lèi)材料提高污水處理能力,緩解淡水資源短缺。本論文的主要研究?jī)?nèi)容包括以下部分:1、通過(guò)太陽(yáng)光照射還原的方法對(duì)氧化石墨烯進(jìn)行光致還原,制備出光致還原氧化石墨烯(Photoreduced Graphene Oxide,PRGO),對(duì)還原前后的氧化石墨烯進(jìn)行了吸收光譜,拉曼光譜,傅里葉紅外光譜(FTIR),X-射線光電子能譜(XPS),原子力顯微成像(AFM),掃描電子顯微成像(SEM),透射電子顯微成像(TEM)的表征。2、分析了氧化石墨烯和光致還原氧化石墨烯對(duì)陽(yáng)離子染料亞甲藍(lán)(MB)和陰離子染料酸性橙(OII)的吸附動(dòng)力學(xué)過(guò)程,用準(zhǔn)一級(jí)模型,準(zhǔn)二級(jí)模型,離子內(nèi)部擴(kuò)散模型對(duì)吸附結(jié)果進(jìn)行了擬合,并分析了氧化石墨烯和光致還原氧化石墨烯對(duì)MB,OII以及重金屬鉛離子(Pb~(2+))的等溫吸附模型,用Langmuir,Freundlich,Temkin模型對(duì)其進(jìn)行擬合。由擬合結(jié)果可得:隨著光致還原程度的增大,還原72小時(shí)的光致還原氧化石墨烯對(duì)OII的最大吸附量有4倍的提升,初始吸附速率也較氧化石墨烯有33倍的提升。而相比于氧化石墨烯,光致還原氧化石墨烯對(duì)MB的最大吸附量以及初始吸附速率都略微減小。等溫吸附結(jié)果表明氧化石墨烯和光致還原氧化石墨烯對(duì)MB,OII以及Pb~(2+)的吸附都是單層的放熱過(guò)程。作為一種優(yōu)良的吸附材料,光致還原氧化石墨烯不僅對(duì)OII吸附量有4倍的提升,對(duì)其它陰離子染料的吸附量也有不同倍數(shù)的提升,且具有很好的循環(huán)利用效果。3、研究了陰離子染料OII和陽(yáng)離子染料MB混合體系以及陰離子染料OII和Pb~(2+)混合體系中,氧化石墨烯和光致還原氧化石墨烯對(duì)其共吸附的效果。在OII和MB混合體系中,氧化石墨烯和光致還原氧化石墨烯對(duì)兩種染料的吸附總量大于單個(gè)吸附體系的吸附量之和。而在OII和Pb~(2+)混合體系中,氧化石墨烯和光致還原氧化石墨烯對(duì)Pb~(2+)的吸附影響甚微,但對(duì)OII的吸附量有極大的提升。
【學(xué)位授予單位】：山西大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：O647.3
【圖文】：

圖 1.1 石墨烯，富勒烯，碳納米管，石墨結(jié)構(gòu)示意圖。烯(Graphene Oxide, GO)作為石墨烯的衍生物，可以看成含氧官能團(tuán)，包括羥基，環(huán)氧基，羧基等；這些含氧官能明顯變化，形成了 sp2和 sp3雜化結(jié)構(gòu)同時(shí)存在的現(xiàn)象，如天然存在的化合物，但其研究歷史可以追溯到 150 多年

圖 1.2 氧化石墨烯結(jié)構(gòu)示意圖。石墨烯(Reduced Graphene Oxide, RGO) 通過(guò)移除氧化石使其逐漸恢復(fù)石墨烯的 sp2結(jié)構(gòu)，提供了一種可擴(kuò)展的，材料。目前通過(guò) GO 還原得到 RGO 的方法有很多，如化等[3]。GO 可以通過(guò)熱處理還原，如通過(guò)快速加熱(>2000到石墨烯，其機(jī)理主要是快速加熱過(guò)程中，氧化石墨烯表產(chǎn)生的 CO，CO2等氣體突然膨脹進(jìn)入石墨烯片之間，從化學(xué)還原法是利用一些化學(xué)還原劑對(duì) GO 進(jìn)行還原，如抗酸，谷胱甘肽等[5-8]，通常情況下，這種還原反應(yīng)可以在行，對(duì)設(shè)備和環(huán)境的要求不高，這使化學(xué)還原成為一種更方法[3]。光還原方法提供了一種靈活而綠色的生產(chǎn)高品質(zhì)

帶孔的石墨烯和氧化石墨烯的結(jié)構(gòu)示意圖以及其應(yīng)用新一代的導(dǎo)電材料，其優(yōu)異的導(dǎo)電性以及 CVD 技術(shù)有取代傳統(tǒng)電極材料的潛力，如光電器件中的氧化學(xué)透明度和優(yōu)異的機(jī)械性能等，使其能夠作為透明電機(jī)存儲(chǔ)器，分子液晶接口裝置，顯示器，發(fā)光二極管]。石墨烯的衍生物 RGO 由于具有原子級(jí)薄層結(jié)構(gòu) RGO 是一個(gè)半電子狀態(tài)，類(lèi)似于無(wú)序的石墨烯。有獨(dú)特的光學(xué)性質(zhì)，使其在光傳感以及光探測(cè)方面應(yīng)于飽和吸收體，對(duì)于調(diào)制激光強(qiáng)度具有重要意義。飽應(yīng)用于脈沖壓縮，模式鎖定和 Q 開(kāi)關(guān)等[13]。其在生物醫(yī)學(xué)方面也具有廣泛的應(yīng)用，如生物傳感器

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 趙勇;;色度計(jì)的研制及比爾朗伯定律的應(yīng)用分析[J];科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào);2013年19期

本文編號(hào)：2767830