氨基和巯基修饰氧化石墨烯/碳纳米管制备及吸附研究

摘要

现代化进程中造成的水污染问题越来越多，其中重金属离子和含酚类有机物等污染物成为了水中主要污染物。这些污染物主要来自电镀、采矿等行业中排放的污水、农业中化肥农药的不合理使用等。重金属离子和含酚类有机物进入地下水体后，通过生物的富集作用，会在人体中进行大量累积，给人们带来严重的伤害、甚至会危及下一代的生命健康。近年来，开发的处理污水的主要方法有：浓缩蒸发法、化学沉淀法、离子互换法、膜分离法等。上述方法对水体中污染物去除有一定的效果，但是存在成本高、制备复杂、易造成二次污染等缺点。而吸附法有材料来源广、制备简单、除污速度快、利用率高等优点，受到了学者广泛关注。选择吸附能力杰出的氧化石墨烯(GO)和碳纳米管(MWCNTs)做主材料，第一步制备出 GO/MWCNTs复合材料，然后采用氨基和巯基修饰，制备出NH2-SH-GO/MWCNTs复合材料。采用透射电镜、扫描电镜、红外光谱、X射线衍射、氮气吸附等表征方法来确定了材料的形貌以及表面负载的基团。
　　本文研究了NH2-SH-GO/MWCNTs复合材料在Pb2+、Zn2+和苯酚共存条件下的静态吸附实验以验证材料性能，同时研究 pH值、时间、温度等因素对静态吸附过程的影响。结果表明，pH=5时，复合材料对Pb2+、Zn2+有最大吸附容量，分别达126.5和99.7 mg/g，对苯酚的最大吸附容量为25.1 mg/g。在pH=5时，研究了吸附时间对Pb2+、Zn2+及苯酚吸附容量的影响，实验结果表明在60 min时吸附达到平衡，其容量分别为125.8、98.6和23.8mg/g。通过初始吸附速率公式计算可知Pb2+、Zn2+、苯酚各自的初始吸附速率为553.897min-1、136.107min-1、37.951min-1，从而能说明Pb2+、Zn2+、苯酚的吸附容量依次增大。通过热力学分析，复合材料对Pb2+、Zn2+和苯酚的吸附属于自发吸热过程且属于物理吸附，吸附作用力以分子间作用力为主；动力学研究表明复合材料对Pb2+、Zn2+和苯酚的吸附切合准二级动力学方程；吸附等温线表明吸附过程属于连续多分子层吸附，切合Freundlich模型；循环再生实验表明复合材料的稳定性和重复性较好，在一定程度可满足工业需求。对比传统吸附剂，NH2-SH-GO/MWCNTs复合材料对 Pb2+、Zn2+和苯酚有较好的吸附效果，能够较好的去除水中的微量金属离子和苯酚等有机污染物，为处理含有微量有毒、有害物质的污水提供了一种新方法。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1我国水资源现状及污染概况

1.2污水常用处理方法

1.3氧化石墨烯/碳纳米管复合材料制备方法

1.4氧化石墨烯/碳纳米管复合材料应用概述

1.5氧化石墨烯/碳纳米管吸附材料研究进展

1.6研究内容与实际意义

第2章 实验材料、设备及方法

2.1实验材料与试剂

2.2实验设备

2.3实验过程

第3章 氨基和巯基修饰氧化石墨烯/碳纳米管材料制备与表征

3.1实验部分

3.2材料表征分析

3.3本章小结

第4章 复合材料吸附Pb2+、Zn2+和苯酚性能研究

4.1标曲的配制

4.2 pH值对吸附性能的影响

4.3吸附动力学研究

4.4吸附模型研究

4.5吸附热力学研究

4.6复合材料循环实验

4.7吸附机理研究

4.8本章小结

结论与展望

结论

展望

参考文献

致谢

附录A 攻读学位期间参与的科研项目和所取得的成就