石墨烯泡沫材料的制备及在含油和染料废水处理中的应用

摘要

随着经济的不断发展,水污染问题逐渐得到人们的广泛关注,吸附技术的出现和发展为水体污染突发事件、微污染水源和工业废水的处理提供了广阔的平台。但目前工业化、规模化应用的吸附材料存在吸附容量低、针对性差、再生困难及费用高昂等缺点。石墨烯作为一种新型的吸附剂,具有巨大的比表面积和优异的吸附能力,但由于材料的水溶性,不易从液相分离,限制了其在环境和水处理领域的应用。超疏水性、易分离的石墨烯泡沫(GrapheneSponge,GS)及磁性石墨烯材料(MagneticGrapheneSponge,MGS)的成功制备,克服了传统吸附材料的缺点,将两者分别应用于水中油类有机污染物和染料的去除,考察其吸附特性,为含油微污染水源水治理、海(河)面溢油应急处理、染料废水的处理提供新思路和技术方法。
　　本文采用自组装原位还原技术为基础的氧化-还原法和制备石墨烯泡沫材料GS,考察其对油类等有机物的吸附效能,分析GS的吸附机制及影响因素。在此基础上,采用溶剂热还原法制备磁性石墨烯材料MGS,以罗丹明B染料为目标污染物,探究吸附剂MGS的吸附机制,并分析吸附影响因素。
　　制备的GS为似海绵的致密层状结构,内部及表面分布着大小不等的孔隙结构,整体上形成相互相连通的三维网状立体结构,为吸附质的表面吸附和内部扩散提供途径。GS对油类物质及有机溶剂具有良好的吸附能力,吸附迅速;吸附过程为放热反应,吸附行为是静电力、范德华力及疏水亲油性的共同作用下完成的。加热法再生GS,再生效果好,重复利用稳定性强。操作方便、实现油类的回收利用、有效地避免二次污染且易于规模制备,具备水环境突发性油污染处理的潜力。
　　制备的MGS的石墨烯层上附着Fe3O4磁性粒子,在外加磁场作用下迅速实现分离。MGS对罗丹明B具有很强的吸附能力,饱和吸附量达63.5mg/g;吸附过程是一个连续性的分段过程,符合伪二级动力学吸附模型;吸附符合BET等温吸附方程,对罗丹明B的吸附行为是发生在表面的多分子层吸附和孔隙内部的扩散过程。溶液温度和pH对吸附吸附效果产生影响,吸附行为是通过静电力、范德华力及氢键共同作用下完成的。运用乙醇溶剂再生MGS,再生效果良好,五次循环利用周期后,吸附量为初始的80％左右。

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第1章 绪论

1.1 含油废水污染及处理

1.2 染料废水污染及处理

1.3 石墨烯材料概述及应用

1.4 课题研究目的及内容

第2章 实验材料与方法

2.1 实验试剂

2.2 实验仪器

2.3 实验样品表征

2.4 自组装石墨烯泡沫GS对油类污染物的吸附研究

2.5 磁性石墨烯材料MGS对染料的吸附研究

2.6 石墨烯泡沫材料的再生性能研究方法

第3章 石墨烯泡沫的制备及吸附性能研究

3.1 引言

3.2 GS的制备

3.3 GS的表征分析

3.4 GS对油类污染物的吸附研究

3.5 本章小结

第4章 磁性石墨烯的制备及吸附性能的研究

4.1 引言

4.2 MGS的制备

4.3 MGS的表征分析

4.4 MGS对染料的吸附性能研究

4.5 本章小结

第5章 材料的再生

5.1 引言

5.2 GS的再生

5.3 MGS的再生

5.4 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文及其他成果

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