光致还原氧化石墨烯对染料和金属离子的吸附研究
发布时间：2020-07-23 20:58
【摘要】：淡水资源短缺以及严重的水污染已经成为当今全球面临的重要挑战之一,有机染料和重金属离子作为水中的主要污染物,对人类的身体健康造成极大危害,而石墨烯及其衍生物由于具有独特二维单原子层的厚度以及优异的物理化学性质,在海水淡化和污水处理方面具有极其重要的应用价值,因此日益引起人们的关注。石墨烯膜材料在溶液中具有很好的稳定性,能够作为一种选择分离膜,对溶液中的离子分子进行筛选过滤,且石墨烯及其衍生物由于具有高的比表面积,能够作为一种良好的吸附材料,可以通过氢键,疏水作用,范德瓦尔斯相互作用,静电相互作用,π-π堆叠相互作用,络合作用等实现对有机污染物和重金属离子的有效吸附。吸附法由于操作过程简洁方便、成本低、效率高而被广泛的应用。石墨烯,氧化石墨烯(Graphene Oxide,GO),还原氧化石墨烯(Reduced Graphene Oxide,RGO)由于碳原子杂化结构不同,表面性质不同,对不同污染物有不同的吸附效果。研究并比较石墨烯及其衍生物对污染物的吸附效果,有助于更好的利用石墨烯类材料提高污水处理能力,缓解淡水资源短缺。本论文的主要研究内容包括以下部分:1、通过太阳光照射还原的方法对氧化石墨烯进行光致还原,制备出光致还原氧化石墨烯(Photoreduced Graphene Oxide,PRGO),对还原前后的氧化石墨烯进行了吸收光谱,拉曼光谱,傅里叶红外光谱(FTIR),X-射线光电子能谱(XPS),原子力显微成像(AFM),扫描电子显微成像(SEM),透射电子显微成像(TEM)的表征。2、分析了氧化石墨烯和光致还原氧化石墨烯对阳离子染料亚甲蓝(MB)和阴离子染料酸性橙(OII)的吸附动力学过程,用准一级模型,准二级模型,离子内部扩散模型对吸附结果进行了拟合,并分析了氧化石墨烯和光致还原氧化石墨烯对MB,OII以及重金属铅离子(Pb~(2+))的等温吸附模型,用Langmuir,Freundlich,Temkin模型对其进行拟合。由拟合结果可得:随着光致还原程度的增大,还原72小时的光致还原氧化石墨烯对OII的最大吸附量有4倍的提升,初始吸附速率也较氧化石墨烯有33倍的提升。而相比于氧化石墨烯,光致还原氧化石墨烯对MB的最大吸附量以及初始吸附速率都略微减小。等温吸附结果表明氧化石墨烯和光致还原氧化石墨烯对MB,OII以及Pb~(2+)的吸附都是单层的放热过程。作为一种优良的吸附材料,光致还原氧化石墨烯不仅对OII吸附量有4倍的提升,对其它阴离子染料的吸附量也有不同倍数的提升,且具有很好的循环利用效果。3、研究了阴离子染料OII和阳离子染料MB混合体系以及阴离子染料OII和Pb~(2+)混合体系中,氧化石墨烯和光致还原氧化石墨烯对其共吸附的效果。在OII和MB混合体系中,氧化石墨烯和光致还原氧化石墨烯对两种染料的吸附总量大于单个吸附体系的吸附量之和。而在OII和Pb~(2+)混合体系中,氧化石墨烯和光致还原氧化石墨烯对Pb~(2+)的吸附影响甚微,但对OII的吸附量有极大的提升。
【学位授予单位】：山西大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O647.3
【图文】：
图 1.1 石墨烯，富勒烯，碳纳米管，石墨结构示意图。烯(Graphene Oxide, GO)作为石墨烯的衍生物，可以看成含氧官能团，包括羟基，环氧基，羧基等；这些含氧官能明显变化，形成了 sp2和 sp3杂化结构同时存在的现象，如天然存在的化合物，但其研究历史可以追溯到 150 多年
图 1.2 氧化石墨烯结构示意图。石墨烯(Reduced Graphene Oxide, RGO) 通过移除氧化石使其逐渐恢复石墨烯的 sp2结构，提供了一种可扩展的，材料。目前通过 GO 还原得到 RGO 的方法有很多，如化等[3]。GO 可以通过热处理还原，如通过快速加热(>2000到石墨烯，其机理主要是快速加热过程中，氧化石墨烯表产生的 CO，CO2等气体突然膨胀进入石墨烯片之间，从化学还原法是利用一些化学还原剂对 GO 进行还原，如抗酸，谷胱甘肽等[5-8]，通常情况下，这种还原反应可以在行，对设备和环境的要求不高，这使化学还原成为一种更方法[3]。光还原方法提供了一种灵活而绿色的生产高品质
带孔的石墨烯和氧化石墨烯的结构示意图以及其应用新一代的导电材料，其优异的导电性以及 CVD 技术有取代传统电极材料的潜力，如光电器件中的氧化学透明度和优异的机械性能等，使其能够作为透明电机存储器，分子液晶接口装置，显示器，发光二极管]。石墨烯的衍生物 RGO 由于具有原子级薄层结构 RGO 是一个半电子状态，类似于无序的石墨烯。有独特的光学性质，使其在光传感以及光探测方面应于饱和吸收体，对于调制激光强度具有重要意义。饱应用于脉冲压缩，模式锁定和 Q 开关等[13]。其在生物医学方面也具有广泛的应用，如生物传感器
本文编号：2767830
【学位授予单位】：山西大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O647.3
【图文】：
图 1.1 石墨烯，富勒烯，碳纳米管，石墨结构示意图。烯(Graphene Oxide, GO)作为石墨烯的衍生物，可以看成含氧官能团，包括羟基，环氧基，羧基等；这些含氧官能明显变化，形成了 sp2和 sp3杂化结构同时存在的现象，如天然存在的化合物，但其研究历史可以追溯到 150 多年
图 1.2 氧化石墨烯结构示意图。石墨烯(Reduced Graphene Oxide, RGO) 通过移除氧化石使其逐渐恢复石墨烯的 sp2结构，提供了一种可扩展的，材料。目前通过 GO 还原得到 RGO 的方法有很多，如化等[3]。GO 可以通过热处理还原，如通过快速加热(>2000到石墨烯，其机理主要是快速加热过程中，氧化石墨烯表产生的 CO，CO2等气体突然膨胀进入石墨烯片之间，从化学还原法是利用一些化学还原剂对 GO 进行还原，如抗酸，谷胱甘肽等[5-8]，通常情况下，这种还原反应可以在行，对设备和环境的要求不高，这使化学还原成为一种更方法[3]。光还原方法提供了一种灵活而绿色的生产高品质
带孔的石墨烯和氧化石墨烯的结构示意图以及其应用新一代的导电材料，其优异的导电性以及 CVD 技术有取代传统电极材料的潜力，如光电器件中的氧化学透明度和优异的机械性能等，使其能够作为透明电机存储器，分子液晶接口装置，显示器，发光二极管]。石墨烯的衍生物 RGO 由于具有原子级薄层结构 RGO 是一个半电子状态，类似于无序的石墨烯。有独特的光学性质，使其在光传感以及光探测方面应于饱和吸收体，对于调制激光强度具有重要意义。饱应用于脉冲压缩，模式锁定和 Q 开关等[13]。其在生物医学方面也具有广泛的应用，如生物传感器
【参考文献】
相关期刊论文 前1条
1 赵勇;;色度计的研制及比尔朗伯定律的应用分析[J];科技创新导报;2013年19期
本文编号：2767830
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/huaxue/2767830.html
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