75氧化石墨烯及其复合材料对重金属铜的吸附性能研究(1)

  本文关键词：氧化石墨烯及其复合材料对重金属铜的吸附性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

湖南大学；学位论文原创性声明；本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独；作者签名：；日期：年月日；学位论文版权使用授权书；本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文；本学位论文属于；1.保密□，在年解密后适用本授权书；2.不保密□；(请在以上相应方框内打”√”)；作者签名：日期：年月日；导师签名：日期：年月日；硕士学位论文；摘要；铜是与人类关系

湖 南 大 学

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硕士学位论文

摘 要

铜是与人类关系非常密切的重金属材料，并已广泛应用在电气、轻工、机械制造、建筑工业、国防工业等领域。但由于铜材料的加工和腐蚀随之产生了重金属废水，给环境和人体的健康造成了严重的伤害。如何有效地去除及回收重金属材料成为当今环境保护工作面临的首要问题。与其他重金属去除方法相比，吸附法简易，且在处理成本方面显示出较大的优势，因此，具有广泛的应用前景。

本论文以氧化石墨烯为原材料，通过化学物理改性，制备了一系列重金属离子吸附剂材料。并就其对水溶液中铜离子的吸附行为进行了系统的研究，取得了以下研究结果：

（1）采用改性的hummers方法制备氧化石墨烯作为吸附剂，去除水溶液中的重金属铜离子。测定了溶液pH值，反应时间，Cu(II)的初始浓度，吸附剂用量等参数对吸附性能的影响。结果表明，吸附过程符合Freundlich等温线，在初始pH值为

5.3，反应时间150 min时达到吸附平衡，吸附容量为117.5 mg/g。将负载了铜离子的氧化石墨烯置于HCl溶液中可将Cu2+解析出来，实现氧化石墨烯的重复利用。研究结果表明氧化石墨烯材料重复利用10次后吸附量仍能达到初始吸附量的90%以上。由此表明，氧化石墨烯是水溶液中去除铜离子极为有效的一种吸附材料。

（2）制备了质量比为1:10的还原氧化石墨烯与交联壳聚糖的复合材料（标记为CS/RGO10)和质量比为1:10的氧化石墨烯与交联壳聚糖的复合材料(标记为CS/GO10)。系统研究了上述二种材料与交联的壳聚糖（标记为CS）对水溶液中铜离子的吸附性能。通过溶液pH，反应时间，吸附剂的量，铜离子的初始浓度等参数的研究，得出体系的最佳吸附条件。实验结果表明：CS/RGO10，CS/GO10的吸附性能优于单一材料CS的吸附性能。在初始溶液pH值为5.0，反应时间120 min时反应达到吸附平衡，CS，CS/RGO10，CS/GO10吸附容量分别为137.5，150，202.5 mg/g。由此表明，CS/GO10是水溶液中去除铜离子最为有效的吸附材料。上述三种材料的吸附行为均符合Freundlich等温线。

（3）采用巯基修饰的氧化石墨与壳聚糖复合制备了CS/GO-SH吸附材料，以去除水溶液中的重金属铜离子。测定了溶液pH值，反应时间，Cu(II)的初始浓度，吸附剂的量等参数对吸附性能的影响。红外光谱分析证明巯基已成功接枝到了GO材料上。吸附研究结果表明，经巯基改性，CS/GO-SH材料由于含有丰富的巯基，羟基，羧基，环氧基，烷氧基等官能团而对Cu2+呈现良好的吸附特性。静态吸附实验结果表明，，在溶液pH值为5.0，反应时间为20 min时吸附达到平衡，吸附容量为145 mg/g。等温吸附曲线模拟结果表明，CS/GO-SH材料的吸附行为符合

氧化石墨烯及其复合材料对重金属铜的吸附性能研究

Freundlich方程拟合效果。

关键词：吸附；氧化石墨烯；壳聚糖；重金属离子；

硕士学位论文

Abstract

Copper, as one of extensively used heavy metal materials is widely used in electrical, light industry, machinery manufacturing, construction industry, defense industry and other fields, has posed a risk to both human beings and ecological environment. Therefore, how to remove copper ions from wastewater has become an important subject today. Compared with other methods, adsorption is one of the most promising treatments for the removal of metal ions because it is simple and cost-effective.

A series of heavy metal ions adsorbent materials were prepared based on graphene oxide modified with physical and chemical methods. The adsorption performance of graphene oxide and its composite materials for copper ion in aqueous solution were investigated. The three main results are listed as follows:

(1) Graphene oxide (GO) prepared by modified hummers method was used as adsorbent for removal of heavy metal ions. The effects of the parameters of pH value, contact time, Cu(II) concentration and adsorbent dosage on adsorption performance were examined. The sorption process conformed to the Freundlich isotherm, and the maximum sorption capacity of 117.5 mg/g was observed at an initial pH value of 5.3 after agitating for 150 min. It was also found that Cu-pretreated GO could be desorbed by HCl and the reusability of GO could still maintain above 90% of its initial capability after 10 cycles. The results suggest that GO is an effective adsorbent for copper ions removal in water treatment.

(2) Cross-Linked chitosan(CS), Cross-Linked chitosan/graphene(CS/RGO10) and Cross-Linked chitosan/graphene oxide(CS/GO10) were prepared for the adsorption of copper ions in aqueous solution. The effects of the parameters of pH value, contact time, adsorbent dosage and initial concentration of Cu(II) on adsorbing ability of CS, CS/RGO10, CS/GO10 to Cu(II) were examined. The results demonstrated that the adsorption capacities of Cu(II) on CS/GO10, CS/RGO10 were greater than that of Cu(II) on CS. The maximum adsorption capacity of CS, CS/RGO10, CS/GO10 were 137.5, 150, 202.5 mg/g respectively at pH 5.0 after agitating for 120 min. It can be concluded that CS/GO10 can be used as an effective Cu(II) adsorbent. The Freundlich isotherm model matched the experimental data very well.

(3) CS/GO-SH prepared by the functional graphene oxide modified with sulfydryl

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