石墨烯纳米材料的制备表征及其在水处理中的研究与应用

发布时间：2017-11-23 19:01

  本文关键词：石墨烯纳米材料的制备表征及其在水处理中的研究与应用

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【摘要】：石墨烯(GN)是由sp2杂化的单层碳原子组成的六角形蜂窝状结构。氧化石墨烯(GO)是GN的高度氧化形式,其片层和边缘上含有大量羟基、羧基、环氧基等基团。氧化石墨烯多孔海绵(GS)是由GO溶液经固化定型而制成的多孔海绵状新型吸附材料,以其超高的比表面积和较强的静电相互作用、氢键作用广泛应用于环境污染物的去除。石墨烯及其衍生物由于具有较高的亲水性和化学反应活性,因此在水处理、纳滤膜制备、吸附等领域具有广阔的应用前景。本研究以石墨为原料,通过改进的Hummers法制备GO,并通过FTIR,XRD,拉曼光谱,XPS, AFM进行表征。以GO纳米溶液为原料,采用真空冷冻干燥法制备GS,并通过SEM和比表面积测量及孔径分布表征其孔结构。对GO进行吸附性能的应用研究,对比分析GO片层和GS对2,4,6-三氯苯酚(TCP)的吸附能力,并研究pH的影响以及吸附动力学和吸附热力学机理。结果表明,GS具有超高比表面积,能有效吸附水中污染物。GO片层和GS对TCP的最佳吸附pH均为2.0～6.0,吸附等温线和吸附动力学曲线均呈非线性变化,是通过氢键作用形成均一的单层化学吸附。以GO纳米分散液为表面功能化溶液,OCMC为膜表面活性功能层材料,通过表面功能化的方法制备GO-OCMC NF膜并通过FTIR和XPS表征。对GO-OCMC NF膜进行特性分析,采用SEM和AFM表征膜表面形态结构,并对其分离性能进行研究分析,结果表明,随着GO溶液浓度的升高,NF膜通量和截留率均上升：随着操作压力的上升,NF膜的通量和截留率均提高。本研究制备的GO-OCMC NF膜对二价盐离子具有较高的脱除率,当GO纳米片层的浓度为100mg/L时,在1.5MPa压力下,GO-OCMC/PSf膜对NaCl和Na2SO4的截留率达到最大值分别为69.10%和93.74%,其通量分别为24.12和24.07 L·m-2·h-1。对GO-OCMC NF膜进行Zeta电位测定仪和静态接触角测量仪表征分析,结果表明,经表面功能化处理后的膜表面荷负电性明显增强且具有较高的亲水性。纯水通量随着GO浓度的升高而升高,当GO浓度为100 mg/L时,GO-OCMC/PSf水通量达到最大值26.89L·m-2·h-1(1.5MPa).研究复合纳滤膜的传递与分离机理,分析表明GO纳米片层在GO-OCMCNF膜表面形成纳米通道,能有效通过筛分效应和静电排斥作用截留盐离子,故所制备的纳滤膜具有高通量、高截留率的特性。
【学位授予单位】：中国海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB383.1;X505

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