本文關(guān)鍵詞：石墨烯納米材料的制備表征及其在水處理中的研究與應(yīng)用

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【摘要】：石墨烯(GN)是由sp2雜化的單層碳原子組成的六角形蜂窩狀結(jié)構(gòu)。氧化石墨烯(GO)是GN的高度氧化形式,其片層和邊緣上含有大量羥基、羧基、環(huán)氧基等基團。氧化石墨烯多孔海綿(GS)是由GO溶液經(jīng)固化定型而制成的多孔海綿狀新型吸附材料,以其超高的比表面積和較強的靜電相互作用、氫鍵作用廣泛應(yīng)用于環(huán)境污染物的去除。石墨烯及其衍生物由于具有較高的親水性和化學(xué)反應(yīng)活性,因此在水處理、納濾膜制備、吸附等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。本研究以石墨為原料,通過改進的Hummers法制備GO,并通過FTIR,XRD,拉曼光譜,XPS, AFM進行表征。以GO納米溶液為原料,采用真空冷凍干燥法制備GS,并通過SEM和比表面積測量及孔徑分布表征其孔結(jié)構(gòu)。對GO進行吸附性能的應(yīng)用研究,對比分析GO片層和GS對2,4,6-三氯苯酚(TCP)的吸附能力,并研究pH的影響以及吸附動力學(xué)和吸附熱力學(xué)機理。結(jié)果表明,GS具有超高比表面積,能有效吸附水中污染物。GO片層和GS對TCP的最佳吸附pH均為2.0～6.0,吸附等溫線和吸附動力學(xué)曲線均呈非線性變化,是通過氫鍵作用形成均一的單層化學(xué)吸附。以GO納米分散液為表面功能化溶液,OCMC為膜表面活性功能層材料,通過表面功能化的方法制備GO-OCMC NF膜并通過FTIR和XPS表征。對GO-OCMC NF膜進行特性分析,采用SEM和AFM表征膜表面形態(tài)結(jié)構(gòu),并對其分離性能進行研究分析,結(jié)果表明,隨著GO溶液濃度的升高,NF膜通量和截留率均上升：隨著操作壓力的上升,NF膜的通量和截留率均提高。本研究制備的GO-OCMC NF膜對二價鹽離子具有較高的脫除率,當GO納米片層的濃度為100mg/L時,在1.5MPa壓力下,GO-OCMC/PSf膜對NaCl和Na2SO4的截留率達到最大值分別為69.10%和93.74%,其通量分別為24.12和24.07 L·m-2·h-1。對GO-OCMC NF膜進行Zeta電位測定儀和靜態(tài)接觸角測量儀表征分析,結(jié)果表明,經(jīng)表面功能化處理后的膜表面荷負電性明顯增強且具有較高的親水性。純水通量隨著GO濃度的升高而升高,當GO濃度為100 mg/L時,GO-OCMC/PSf水通量達到最大值26.89L·m-2·h-1(1.5MPa).研究復(fù)合納濾膜的傳遞與分離機理,分析表明GO納米片層在GO-OCMCNF膜表面形成納米通道,能有效通過篩分效應(yīng)和靜電排斥作用截留鹽離子,故所制備的納濾膜具有高通量、高截留率的特性。
【學(xué)位授予單位】：中國海洋大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TB383.1;X505

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本文編號：1219468