【摘要】：作為世界上最大的人造金剛石生產(chǎn)國,我國人造金剛石工業(yè)每年都會(huì)排放出大量的廢石墨,其中僅有少量廢石墨被循環(huán)用于人造金剛石的合成,部分用于制備低附加值材料,因此,急需開拓廢石墨的高附加值應(yīng)用領(lǐng)域以減少其導(dǎo)致的環(huán)境污染和資源浪費(fèi)。此外,日益嚴(yán)重的水體污染迫切需要高效的治理技術(shù),如吸附法、光催化法等。因此,本文針對(duì)廢石墨制備氧化石墨烯、多孔石墨烯及其吸附性能進(jìn)行了一系列研究。首先,對(duì)我國某人造金剛石生產(chǎn)企業(yè)排出的廢石墨進(jìn)行預(yù)處理獲得廢石墨原料(WG),然后采用Hummers法制備了不同氧化程度的氧化石墨烯(GO-X,X=1,2,3,4,5),再將氧化充分的GO-5配制成初始GO溶液,采用水熱法制備出多孔石墨烯(P-rGO)。采用XRD、FT-IR、UV-Vis、Raman、N_2吸附-脫附測(cè)試和SEM等測(cè)試方法對(duì)WG、GO-X和P-rGO的物相組成、顯微結(jié)構(gòu)等進(jìn)行表征,并研究了水熱反應(yīng)溫度和時(shí)間、GO濃度(C_(GO))、超聲處理時(shí)間、GO預(yù)處理時(shí)間等對(duì)P-rGO制備的影響規(guī)律。以亞甲基藍(lán)(MB)和羅丹明B(RhB)為模擬廢水溶液,探究了GO、P-rGO對(duì)有機(jī)染料的吸附性能。研究表明,在WG轉(zhuǎn)化為GO的過程中,濃H_2SO_4起到了較強(qiáng)的氧化、插層作用,NaNO_3對(duì)石墨的氧化作用較小,KMnO_4對(duì)石墨的氧化起到了關(guān)鍵作用。低溫(5℃)反應(yīng)條件下石墨的氧化不顯著,中溫(35℃)反應(yīng)充分發(fā)揮了各種氧化劑的作用,急劇提高了GO的氧化程度,使其層間距大幅提高;高溫(90℃)階段反應(yīng)促進(jìn)了氧化劑的擴(kuò)散,實(shí)現(xiàn)了對(duì)石墨的徹底氧化,再通過超聲處理可得到分散良好的GO-5,其結(jié)構(gòu)與天然鱗片石墨制得的GO略有不同。GO對(duì)MB和RhB的去除率隨著吸附時(shí)間的延長、投入量的增大而升高,隨著溶液初始濃度的增大而減小;GO的吸附容量隨溶液初始濃度的增大而升高,隨投入量的提高而降低。在酸性環(huán)境下,GO對(duì)MB的去除率隨pH值的增大而升高;在堿性環(huán)境下變化不大。與此相反,在酸性環(huán)境下,GO對(duì)RhB的去除率較高且保持穩(wěn)定;在堿性環(huán)境下卻呈逐漸減小的趨勢(shì)。溶液溫度對(duì)MB和RhB的去除率、GO的吸附量影響不大。GO對(duì)MB、RhB的吸附過程均滿足準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型和Langmuir吸附等溫線模型。室溫、GO投入量為5.7 mg、MB溶液濃度為12 mg·L~(-1)、pH值為6.5時(shí),吸附40 min即達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡,GO對(duì)MB的去除率和吸附量分別為96.05%和379.89 mg·g~(-1),呈現(xiàn)出較好的吸附性能。對(duì)于RhB溶液來說,GO投入量為25 mg、pH值為5.4、其他條件相同時(shí),吸附90 min達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡,GO對(duì)RhB的去除率和GO的吸附量分別為85.70%和62.67 mg·g~(-1)。利用GO溶液和水熱法制備P-rGO的過程中,GO的還原程度隨著水熱反應(yīng)溫度的升高和時(shí)間的延長而逐步加深,隨GO濃度的增大而減弱。所制P-rGO的晶粒呈粒狀,尺寸約為20-100 nm,其層間距隨超聲時(shí)間的延長而逐漸增大。P-rGO呈多級(jí)孔結(jié)構(gòu),孔分布不均,孔徑大小不一,其比表面積(SSA)、孔容、孔徑及孔徑分布隨水熱反應(yīng)溫度、時(shí)間和C_(GO)的改變而發(fā)生變化。濃度為2 mg·m L~(-1)、超聲分散3 h的GO溶液,在220℃水熱反應(yīng)12 h所得P-rGO的SSA、總孔容和平均孔徑分別為447.3 m~2·g~(-1)、0.29 cm~3·g~(-1)和2.59 nm。對(duì)GO溶液進(jìn)行預(yù)處理可提高其在水熱反應(yīng)過程中的還原程度,且水浴處理時(shí)間、添加H_2O_2協(xié)同水浴加熱處理時(shí)間對(duì)P-rGO的SSA、孔容、平均孔徑、晶粒形貌和尺寸均有影響;但添加H_2O_2延遲了P-rGO的形成過程。以200℃水熱合成的P-rGO樣品為吸附劑時(shí),吸附25 h可達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡,對(duì)MB溶液的去除率隨投入量的增加、pH值的增大而逐步升高;隨MB初始濃度的提高而逐步降低,但吸附量卻隨初始濃度的提高而增加;溶液溫度對(duì)MB的去除率影響不大;吸附過程符合準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型和Langmuir吸附等溫線模型。
【圖文】：

污染是亟待解決的問題。因此，研究以廢石墨為原其對(duì)有機(jī)染料的吸附行為，具有重要的經(jīng)濟(jì)、社簡介的結(jié)構(gòu)由六角共價(jià)鍵的單原子厚度[15,16]的碳原子排列在一，在 4 個(gè)碳原子中，其中有 3 個(gè)碳原子是以 sp2雜碳原子都呈現(xiàn)出比較高的結(jié)合能（~5.9 eV），唯一鄰的碳原子形成π鍵[18]。通常，，不穩(wěn)定的單原子石石墨，單原子石墨烯層不穩(wěn)定的特性導(dǎo)致了振動(dòng)石墨中也存在振動(dòng)聲子。圖 1.1 左為石墨烯的晶格[19]。圖 1.2 左為 t 和 t’有限值的能譜，其中 t = 2.狄拉克點(diǎn)的能帶放大圖[19]。

六角共價(jià)鍵的單原子厚度[15,16]的碳原子排列在在 4 個(gè)碳原子中，其中有 3 個(gè)碳原子是以 sp2原子都呈現(xiàn)出比較高的結(jié)合能（~5.9 eV），唯鄰的碳原子形成π鍵[18]。通常，不穩(wěn)定的單原子石墨，單原子石墨烯層不穩(wěn)定的特性導(dǎo)致了振墨中也存在振動(dòng)聲子。圖 1.1 左為石墨烯的晶9]。圖 1.2 左為 t 和 t’有限值的能譜，其中 t = 2拉克點(diǎn)的能帶放大圖[19]。圖 1.1 左：石墨烯的晶格結(jié)構(gòu)，右：相應(yīng)的布里淵區(qū)
【學(xué)位授予單位】：鄭州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TQ127.11;O647.3

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 鄧玲娟;;氧化石墨的制備與表征[J];實(shí)驗(yàn)室科學(xué);2015年01期

2 朱宏偉;;石墨烯:單原子層二維碳晶體——2010年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)簡介[J];自然雜志;2010年06期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 楊曉霞;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[D];青島大學(xué);2016年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前2條

1 王軍霞;基于石墨烯及氮化硼的異向介質(zhì)在高分辨率透鏡中的應(yīng)用[D];浙江大學(xué);2013年

2 陳翠紅;少層石墨的制備及Raman光譜研究[D];蘭州大學(xué);2010年

本文編號(hào)：2629962