氧化石墨/苯并三氮唑复合材料的制备及应用研究

摘要

氧化石墨（GO）易合成、成本低廉并具有独特的二维纳米结构和优异的性能，在超级电容器、催化、选择透过性、吸附、检测器、存储释放能量、传感器以及环境保护等方面具有应用价值。苯并三氮唑(BTA)是一种重要的化工产品，在水处理、金属防锈、缓蚀等方面有重要应用，其所含氮原子有很强的吸电子能力，与氧化石墨上的含氧官能团易于键合，但其与氧化石墨复合研究在现有论文中很少有提及。本论文以具有优良机械性能，易溶于水含有大量羟基的高分子有机材料聚乙烯醇作为基体材料，GO与BTA作为功能性组元，采用浇铸法成膜和冷冻干燥法设计并制备多种复合材料，其在环境保护方面有一定的应用价值。本论文主要包含以下几方面内容： 1、浇铸法制备氧化石墨/苯并三氮唑复合膜。首先用改进的Hummers法合成氧化石墨，将氧化石墨的分散液与苯并三氮唑溶液复合后干燥成膜，采用SEM、拉曼对所制备的膜进行表征。结果表明苯并三氮唑的引入极大地改善了氧化石墨成膜难的问题；成膜过程中还可以引入铁粒子使复合膜具有磁性，拉曼结果表明磁性膜在磁场条件比非磁场条件下反应更充分，膜均匀性更好。最后对该过程中苯并三氮唑与氧化石墨的反应机理进行了初步推理。 2、复合泡沫的定向冷冻干燥法制备及其吸附研究。以氧化石墨、苯并三氮唑和聚乙烯醇为原料，改变反应物的配比，分别制备了PVA、PVA-BTA、PVA-GO、PVA-GO-BTA和PVA-GO/BTA五种复合泡沫，并用SEM，XRD，拉曼等测试方法对这五种泡沫复合材料的微观结构进行分析。结果表明，GO可以使PVA复合泡沫孔结构更加密实，BTA可以使PVA复合泡沫孔结构更加有序。接着以金属铜离子和有机染料二甲酚橙为模拟废水，用静态吸附法对五种复合泡沫材料的吸附性进行了对比，结果显示PVA-GO-BTA在吸附铜离子表现性能最佳，而PVA-GO/BTA在吸附有机染料二甲酚橙性能最好。 3、复合泡沫材料对贵金属的负载催化研究。在制备复合泡沫的基础上，用直接加入和浸泡两种方法在泡沫材料上负载贵金属金和银，采用SEM，拉曼，XRD对其微观结构进行表征分析。结果表明，金属金和银加入后，复合泡沫材料的孔结构发生改变，银负载的复合泡沫有明显的银纳米颗粒，金负载复合泡沫材料不明显。最后以对硝基苯酚的还原反应为例，对负载贵金属的泡沫材料的催化性进行了表征，催化结果显示，直接加入法所得复合泡沫催化性能明显优于浸泡法所得材料，金负载泡沫材料的催化性能优于银负载泡沫材料。另外，负载方式对所得泡沫的催化效果也有影响，金复载是PVA-GO/BTA-Au催化效果最好，而银负载是PVA-GO-BTA-Ag效果佳。

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ABSTRACT

1.1氧化石墨复合材料

1.1.1氧化石墨复合膜材料

1.1.2氧化石墨复合泡沫材料

1.1.3氧化石墨复合凝胶材料

1.1.4其他氧化石墨复合材料

1.2本课题选用的材料

1.2.1氧化石墨

1.2.2苯并三氮唑

1.2.3聚乙烯醇

1.3本课题选题的意义及内容

1.3.1本课题选题意义

1.3.2本课题研究内容

2 氧化石墨复合膜的制备及应用研究

2.1 实验部分

2.1.1 氧化石墨的制备

2.1.2 氧化石墨复合材料及复合膜材料的制备

2.2 材料表征分析

2.2.1 氧化石墨的表征分析

2.2.2 氧化石墨复合膜表征分析

2.3 机理推断

2.4 本章小结

3 氧化石墨复合泡沫材料的制备及吸附研究

3.1 实验部分

3.1.1 氧化石墨复合泡沫材料的制备

3.1.2 溶液的配置

3.1.3 氧化石墨复合泡沫吸附有机染料二甲酚橙

3.1.4 氧化石墨复合泡沫的吸附铜离子

3.1.5 苯并三氮唑对PVA泡沫材料的影响

3.2 复合泡沫材料的表征分析

3.3 复合泡沫材料的吸附研究

3.3.1 复合泡沫材料吸附二甲酚橙

3.3.2 PVA复合泡沫材料吸附铜离子

3.4本章小结

4 氧化石墨复合泡沫材料负载贵金属及对对硝基苯酚的催化研究

4.1 实验部分

4.1.1 复合泡沫材料对贵金属金的负载

4.1.2 复合泡沫材料对贵金属银的负载

4.1.3 复合泡沫材料负载贵金属对对硝基苯酚的催化实验

4.2 负载贵金属复合泡沫材料的表征分析

4.2.1 负载金复合泡沫材料的表征分析

4.2.2复合泡沫负载银泡沫材料表征分析

4.3 复合泡沫材料负载贵金属对对硝基苯酚的催化分析

4.3.1 复合泡沫材料负载金对对硝基苯酚的催化

4.3.2 复合泡沫材料负载银对对硝基苯酚的催化

4.4 本章小结

5 结 论

参考文献

在学期间的研究成果

致 谢