三维立体石墨烯的制备及其吸附性能的研究

发布时间：2017-06-14 22:06

  本文关键词：三维立体石墨烯的制备及其吸附性能的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着染料工业的迅速发展,大量的染料废水排放到水环境中,给人类的生命健康带来了严重的威胁。吸附法因廉价、高效等优势越来越受到关注。石墨烯由于具有巨大的理论比表面积,在吸附方面得到广泛的应用,但石墨烯存在容易发生团聚的问题,提高石墨烯的吸附性能已经越来越受到研究学者的关注。本文以石墨烯为研究目标,制备具有三维立体结构的石墨烯(r GO)和层状双金属氢氧化物/石墨烯(LDH/r GO),探究r GO和LDH/r GO对染料溶液的吸附性能,主要包括以下内容:(1)采用改进的Hummers法制备氧化石墨烯(GO),以GO为前驱体,并通过水热还原和冷冻干燥的方法制得r GO。X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶红外光谱(FT-IR)、能谱仪(EDS)和比表面积测定仪(BET)表征结果表明,所制备的r GO具有三维立体多孔结构。以罗丹明B(Rh B)为目标污染物,对所得r GO的吸附性能进行测试,考察了接触时间、吸附剂的投加量、p H对Rh B去除率的影响。实验结果表明,在r GO投加量为0.5g/L、Rh B浓度为10mg/L、p H值为4的吸附条件下,Rh B的最大吸附量和去除率分别达到了16.55mg/g与82.75%,吸附反应在300min时达到吸附平衡。r GO对吸附Rh B的吸附反应适合用二级反应动力学和Langmuir等温线模型来描述。对比石墨和r GO对Rh B的吸附性能,二者吸附Rh B去除率分别为16.17%和82.75%,r GO具有较好的吸附效果,适合作为水溶液中污染物的吸附剂。(2)通过共沉淀法制备层状双金属氢氧化物(LDH),并通过水热还原和冷冻干燥方法制得层状双金属氢氧化物/石墨烯(LDH/r GO)。XRD、SEM、FT-IR、EDS和BET表征结果表明,所制备的LDH/r GO具有三维立体多孔结构。以Rh B和活性艳蓝(KN-R)为目标污染物,对所得r GO的吸附性能进行测试,考察了质量比不同、接触时间、吸附剂的投加量、p H等因素对Rh B和KN-R去除率的影响。得出结论:质量比为3的LDH/r GO(LDH/r GO-2)的对Rh B和KN-R吸附效果最好;LDH/r GO-2对Rh B的最佳吸附条件是Rh B浓度为10mg/L,吸附剂投加量为0.5g/L,溶液p H值为6;LDH/r GO-2对KN-R的最佳吸附条件是KN-R溶液浓度为30mg/L,吸附剂投加量为0.5g/L、溶液p H值为7、温度为20℃;LDH/r GO-2对Rh B和KN-R的吸附反应均在210min时达到吸附平衡,当吸附平衡时,对Rh B和KN-R的最大吸附量分别可达19.80mg/g和56.73mg/g,去除率分别为99%和94.56%;LDH/r GO-2对Rh B和KN-R的吸附过程都适合用二级反应动力学模型以及Langmuir吸附等温线模型来描述。LDH/r GO-2对染料Rh B的吸附性能优于r GO,说明LDH与r GO的复合有助于r GO吸附性能的提高。通过LDH/r GO-2对阴离子染料(KN-R)、阳离子染料(Rh B)的吸附反应的效率以及吸附反应条件可以得知:LDH/r GO-2是一种具有高效、快速、方便的吸附效果,对反应条件要求不苛刻,对阴、阳离子染料都有较好的吸附性能的吸附剂。
【关键词】：三维立体石墨烯 层状双金属氢氧化物/石墨烯 吸附 罗丹明B 活性艳蓝
【学位授予单位】：大连工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X788;O647.3
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-13
• 第一章 绪论13-26
• 1.1 染料废水的特点及处理13-16
• 1.1.1 染料废水的特点13-14
• 1.1.2 染料废水的处理14-16
• 1.1.2.1 物理法14-15
• 1.1.2.2 化学法15-16
• 1.1.2.3 生物法16
• 1.2 石墨烯的结构和性能16-18
• 1.2.1 石墨烯的结构16-17
• 1.2.2 石墨烯的性能17-18
• 1.2.2.1 石墨稀的电学性能18
• 1.2.2.2 石墨稀的光学性质18
• 1.2.2.3 石墨稀的力学性能18
• 1.2.2.4 石墨稀的热学性能18
• 1.2.2.5 石墨稀的比表面积18
• 1.3 石墨烯的制备方法18-20
• 1.3.1 机械剥离法18-19
• 1.3.2 化学气相沉积法19
• 1.3.3 外延生长法19
• 1.3.4 氧化还原法19-20
• 1.4 石墨烯的改性20-21
• 1.4.1 石墨烯的表面改性20-21
• 1.4.2 石墨烯的化学掺杂21
• 1.4.3 石墨烯聚合物改性21
• 1.5 层状双金属氢氧化物21-24
• 1.5.1 层状双金属氢氧化物的概述21-22
• 1.5.2 LDH的性质22-23
• 1.5.2.1 酸碱双功能性22
• 1.5.2.2 特殊的层状结构22
• 1.5.2.3 记忆效应22
• 1.5.2.4 层间阴离子的可交换性22
• 1.5.2.5 吸附性能22-23
• 1.5.3 LDH的制备方法23-24
• 1.5.3.1 共沉淀法23
• 1.5.3.2 离子交换法23
• 1.5.3.3 焙烧复原法23
• 1.5.3.4 水热合成法23-24
• 1.6 实验目的、意义和实验内容24-26
• 1.6.1 实验目的及意义24
• 1.6.2 实验内容24-26
• 第二章 实验部分26-36
• 2.1 实验试剂与仪器26-27
• 2.1.1 实验试剂26-27
• 2.1.2 实验仪器27
• 2.2 样品的制备27-29
• 2.2.1 GO的制备27-28
• 2.2.2 rGO的制备28
• 2.2.3 LDH的制备28
• 2.2.4 LDH/rGO的制备28-29
• 2.3 样品的表征29-30
• 2.3.1 X射线衍射仪(XRD)分析29
• 2.3.2 傅里叶红外(FT-IR)分析29
• 2.3.3 扫描电子显微镜(SEM)分析29-30
• 2.3.4 能谱仪(EDS)分析30
• 2.3.5 比表面空隙测定仪(BET)分析30
• 2.4 rGO对RhB染料吸附性能的研究30-32
• 2.4.1 确定RhB染料的最大吸收波长以及标准曲线30-31
• 2.4.2 rGO对RhB染料的吸附实验31
• 2.4.3 反应时间对rGO吸附RhB反应的影响31
• 2.4.4 溶液初始p H对rGO吸附RhB反应的影响31-32
• 2.4.5 吸附剂投加量对rGO吸附RhB反应的影响32
• 2.5 LDH/rGO的吸附性能的研究32-34
• 2.5.1 确定RhB染料的最大吸收波长以及标准曲线32
• 2.5.2 确定KN-R染料的最大吸收波长以及标准曲线32
• 2.5.3 LDH/rGO对染料的吸附实验32-33
• 2.5.4 反应时间对吸附反应的影响33
• 2.5.5 溶液初始p H对吸附反应的影响33
• 2.5.6 吸附剂投加量对吸附反应的影响33
• 2.5.7 温度对吸附反应的影响33-34
• 2.6 吸附动力学的研究34
• 2.7 吸附等温线的研究34-36
• 第三章 实验结果与讨论36-66
• 3.1 rGO对RhB吸附性能的结果与讨论36-47
• 3.1.1 rGO的表征分析36-41
• 3.1.1.1 rGO的样品照片36-37
• 3.1.1.2 rGO的XRD分析结果37-38
• 3.1.1.3 rGO的FT-IR分析结果38-39
• 3.1.1.4 rGO的SEM分析结果39
• 3.1.1.5 rGO的EDS分析结果39-40
• 3.1.1.6 rGO的BET分析结果40-41
• 3.1.2 rGO的吸附性能的研究41-46
• 3.1.2.1 确定RhB溶液的最大吸收波长41
• 3.1.2.2 RhB溶液标准曲线的绘制41-42
• 3.1.2.3 吸附反应的时间对吸附效果的影响42-43
• 3.1.2.4 RhB溶液的p H对吸附效果的影响43-44
• 3.1.2.5 rGO的投加量对吸附效果的影响44-45
• 3.1.2.6 rGO吸附RhB溶液的动力学分析45
• 3.1.2.7 rGO吸附RhB溶液的吸附等温线分析45-46
• 3.1.3 小结46-47
• 3.2 LDH/rGO的吸附性能的研究47-66
• 3.2.1 LDH/rGO的表征47-53
• 3.2.1.1 LDH/rGO的XRD表征分析47-48
• 3.2.1.2 不同质量比下的LDH/rGO的XRD对比图48
• 3.2.1.3 FT-IR分析48-49
• 3.2.1.4 EDS分析49-50
• 3.2.1.5 SEM分析50-51
• 3.2.1.6 BET分析51-53
• 3.2.2 LDH/rGO对阳离子染料RhB的吸附的研究53-58
• 3.2.2.1 不同质量比的LDH/rGO对RhB吸附的研究53
• 3.2.2.2 接触时间对LDH/rGO吸附效果的影响53-54
• 3.2.2.3 p H对LDH/rGO吸附效果的影响54-55
• 3.2.2.4 投加量对吸附效果的影响55-56
• 3.2.2.5 动力学模型分析56-57
• 3.2.2.6 吸附等温线分析57-58
• 3.2.3 LDH/rGO对阴离子染料KN-R吸附的研究58-65
• 3.2.3.1 确定KN-R溶液的最大吸收波长58-59
• 3.2.3.2 KN-R溶液标准曲线的绘制59
• 3.2.3.3 不同质量比对LDH/rGO-2 吸附KN-R的影响59-60
• 3.2.3.4 接触时间对LDH/rGO-2 吸附KN-R的影响60-61
• 3.2.3.5 p H对LDH/rGO-2 吸附KN-R的影响61-62
• 3.2.3.6 吸附剂投加量对LDH/rGO-2 吸附KN-R的影响62
• 3.2.3.7 温度对LDH/rGO-2 吸附KN-R的影响62-63
• 3.2.3.8 动力学模型分析63-64
• 3.2.3.9 吸附等温线分析64-65
• 3.2.4 小结65-66
• 第四章 结论66-68
• 4.1 总结66-67
• 4.2 实验有待完善之处67-68
• 参考文献68-74
• 致谢74-75
• 附录75

【参考文献】

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本文编号：450635