氧化石墨烯的制備、改性及對水中鎘的去除研究.pdf

1、石墨烯是由單層碳原子以六元環(huán)形式緊密堆積而成的二維片狀碳納米材料，因其完美的二維晶體結(jié)構(gòu)和獨(dú)特的光學(xué)、電學(xué)、力學(xué)和熱學(xué)等性質(zhì)，引起學(xué)者的廣泛關(guān)注。氧化石墨烯作為化學(xué)法制備石墨烯的前驅(qū)物，具有比表面積大、電子遷移率高和化學(xué)穩(wěn)定性強(qiáng)等特性。與石墨烯相比，氧化石墨烯表面及邊緣上含有大量的含氧基團(tuán)，使其對重金屬、有機(jī)物等污染物質(zhì)具有較好的吸附能力，并易于被修飾與功能化。本文采用改性Hummers法制備出氧化石墨烯，并將其應(yīng)用于水中Cd(Ⅱ)的去

2、除?？疾炝藴囟取⒊跏紁H、投加量等因素對Cd(Ⅱ)吸附效果的影響，并探究了其對Cd(Ⅱ)的去除機(jī)理。同時針對氧化石墨烯不易從水溶液中分離，難以實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用的缺點(diǎn)對其進(jìn)行巰基化改性，制備出巰基功能化氧化石墨烯，研究了其對水中Cd(Ⅱ)的吸附性能和再生循環(huán)效果。且通過AFM、TEM、XRD、FITR、Zeta電位、XPS、Raman等技術(shù)對氧化石墨烯和巰基改性氧化石墨烯進(jìn)行了表征。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:
　　氧化石墨烯與巰基改性氧化石墨烯均為

3、半透明狀的片層結(jié)構(gòu)，其表面都具有絲綢一樣的褶皺與折疊，并且在邊緣部位存在明顯的多層結(jié)構(gòu)，但是氧化石墨烯的表面褶皺較巰基改性氧化石墨烯更多一些。氧化石墨烯表面具有大量的羥基、羧基、羰基等含氧官能團(tuán)，采用巰基乙酸對其進(jìn)行改性后，巰基乙酸的羧基可以與氧化石墨烯的羥基發(fā)生酯化反應(yīng)，將巰基枝連到氧化石墨烯的表面。
　　溫度對氧化石墨烯和巰基改性氧化石墨烯去除水中Cd(Ⅱ)的影響均較小。當(dāng)溫度為293.15 K，300.15 K，313.15

4、 K時，氧化石墨烯對Cd(Ⅱ)的去除率分別為90.94％，91.64％，92.67％;而巰基改性氧化石墨烯對Cd(Ⅱ)的去除率有所下降，但較氧化石墨烯更易分離、再生和循環(huán)使用。
　　當(dāng)氧化石墨烯和巰基改性氧化石墨烯投加量逐漸增加時，其對Cd(Ⅱ)的去除率先有一個快速的增大階段，然后上升趨勢減弱，最后逐漸趨于平緩。對其進(jìn)行吸附等溫線擬合發(fā)現(xiàn)，氧化石墨烯和巰基改性氧化石墨烯對Cd(Ⅱ)的去除均能較好的用Langmuir等溫式擬合。

5、r>　　初始pH對氧化石墨烯和巰基改性氧化石墨烯去除水中Cd(Ⅱ)均有顯著影響。隨著溶液pH的增加，氧化石墨烯對Cd(Ⅱ)的去除率逐漸增大，且當(dāng)初始pH由2.00升高到5.00時，Cd(Ⅱ)的去除率急劇增大，當(dāng)pH繼續(xù)升高，Cd(Ⅱ)的去除率趨于平穩(wěn)。氧化石墨烯表現(xiàn)出較好的酸堿適應(yīng)性，在pH=4時，去除率就已達(dá)到90.05％。而巰基氧化石墨烯對Cd(Ⅱ)的去除率的總趨勢隨著溶液初始pH的升高而增大。當(dāng)pH從2增大至6時，Cd(Ⅱ)的去除

6、率從7.32％升高至73.97％，當(dāng)pH=9和10時，Cd(Ⅱ)去除率增大至88.09％和96.86％。
　　隨著反應(yīng)時間的增加氧化石墨烯及巰基改性氧化石墨烯對Cd(Ⅱ)的總?cè)コ示尸F(xiàn)先逐漸增大后趨于平衡穩(wěn)定的趨勢。氧化石墨烯的反應(yīng)速率較快，在1min時Cd(Ⅱ)去除率就已達(dá)到77.32％，巰基氧化石墨烯的反應(yīng)速率相對要慢一些，在1min時Cd(Ⅱ)去除率僅為27.56％，但是兩者均在反應(yīng)2h內(nèi)達(dá)到平衡。通過對吸附反應(yīng)進(jìn)行動力學(xué)