静电纺丝制备氧化石墨烯复合材料及其作为吸附材料的研究

摘要

亚甲基蓝(Methylene Blue，MS)是一种普遍使用的工业有机染料，广泛应用于印染、纺织等领域。亚甲基蓝具有复杂的分子结构，且带有苯环，因此难以降解并具有一定的低毒性。重金属镉(Cd)主要来源是采矿、冶炼等行业，主要应用于电镀、核工业和电子等领域。废水中镉离子可以通过食物链进入生物体内，积存于各器官内造成慢性损害，对肾脏损害最为明显，严重镉污染可能会导致骨头软化。因此，含有MB和金属镉的水体在排放到自然环境之前必须进行有效的处理。
　　吸附法由于成本低、效率高、易操作等特点被证明是一种废水处理中非常有效的方法。碳纳米材料的出现，为水处理行业带来了新的契机，作为石墨烯的氧化衍生物，氧化石墨烯(GO)具有大的比表面积和丰富的含氧官能团，这些性质使得氧化石墨烯可以成为一种吸附性能良好的吸附剂，但由于GO易发生团聚，在吸附结束后不易回收，容易造成二次污染，所以将GO与其他材料结合，制备得到氧化石墨烯基复合材料，发挥GO优异吸附性能的同时，避免造成二次污染问题。
　　本研究使用静电纺丝工艺将聚丙烯腈(PAN)和氧化石墨烯复合，制备得到聚丙烯腈/氧化石墨烯(PAN/GO)复合纤维薄膜，通过FESEM、HRTEM、XRD、FTIR和TGA等测试分析方法表征了GO和PAN/GO的形貌结构及热稳定性，研究了PAN/GO复合纤维薄膜吸附MB和Cd2+的能力和原理。选取GO与PAN质量比为30％的复合纤维薄膜，PAN/GO复合纤维对MB的饱和吸附容量为132.35 mg/g，GO质量比、溶液pH值、接触时间、MB浓度以及反应温度都会对吸附容量产生一定影响;借助吸附等温线分析得出PAN/GO复合纤维对MB的吸附更符合Langmuir等温线模型;吸附动力学研究发现，PAN/GO复合纤维吸附MB的过程与Pseudo-second-order模型更接近;热力学分析得到的参数表明，PAN/GO复合纤维吸附MB的过程是自发进行的，并且是吸热过程。PAN/GO复合纤维薄膜吸附Cd2+的饱和容量为87.98 mg/g; PAN/GO复合纤维吸附Cd2+的过程更加符合Freundlich模型。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 水体污染现状

1．1．1 有机染料污染

1．1．2 重金属污染

1．2 水体污染的处理方法

1．2．1 膜分离法

1．2．2 化学沉积法

1．2．3 生物法

1．2．4 吸附法

1．3 常见吸附剂种类

1．3．1 活性炭

1．3．2 生物材料

1．3．3 碳纳米管材料

1．3．4 石墨烯材料

1．4 氧化石墨烯的性质和制备

1．4．1 氧化石墨烯的性质

1．4．2 氧化石墨烯的制备

1．5 氧化石墨烯及其复合材料的制备

1．5．1 一维氧化石墨烯复合材料

1．5．2 二维氧化石墨烯复合材料

1．5．3 三维氧化石墨烯复合材料

1．6 氧化石墨烯复合材料在环保方面的应用

1．6．1 对有机染料的吸附

1．6．2 对重金属的吸附

1．7 静电纺丝

1．7．1 静电纺丝的发展

1．7．2 静电纺丝技术的应用

1．8 选题意义及研究内容

第二章 实验方案及研究方法

2．1 技术路线及研究方案

2．2 实验试剂与原材料

2．3 氧化石墨烯的制备

2．4 PAN／GO复合纤维薄膜的制备

2．5 样品组织结构及性能表征

2．5．3 重金属离子检测方法

第三章 PAN／GO复合纤维薄膜对亚甲基蓝的吸附性能研究

3．1 氧化石墨烯和复合纤维表征分析

3．1．1 氧化石量烯的表征分析

3．1．2 PAN／GO复合纤雏的裹征分析

3．2 PAN／GO复合纤维薄膜吸附亚甲基蓝的结果与讨论

3．2．1 氧化石墨烯含量对吸附性能的影响

3．2．2 溶液pH值对吸附性能的影响

3．2．3 接触时间对吸附性能的影响

3．2．4 亚甲基蓝初始浓度和反应温度对吸附性能的影响

3．3 吸附等温线

3．4 吸附动力学

3．5 吸附热力学

3．6 本章小结

第四章 PAN／GO复合纤维薄膜对镉离子的吸附性能研究

4．1 PAN／GO复合纤维薄膜吸附镉离子的结果与讨论

4．1．1 氧化石墨烯含量对吸附性能的影响

4．1．2 溶液pH值对吸附性能的影响

4．1．3 接触时间对吸附性能的影响

4．1．4 镉离子初始浓度和反应温度对吸附性能的影响

4．2 吸附等温线

4．3 吸附动力学

4．4 吸附热力学

4．5 本章小结

第五章 结论

参考文献

致谢