纳米铜基和普鲁士蓝功能碳纤维复合材料的制备及环境应用

摘要

以六亚甲基二异氰酸酯为连接剂，在氨基化碳纤维上修饰环糊精，并原位电沉积纳米氧化铜/氧化亚铜，形成纳米氧化铜/氧化亚铜/环糊精/碳纤维复合材料(CuO/Cu2O/CDs/CFs)。采用傅里叶红外光谱(FT-IR)、场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、X-晶体衍射(XRD)、X-射线光电子能谱仪(XPS)和电化学技术对该复合材料的结构和形貌进行表征。结果表明:环糊精以网状形式包覆在碳纤维表面，其孔径为100±20 nm。纳米立方体状Cu2O均匀地分布在CDs/CFs表面，原位氧化后可生成刺状的CuO。研究显示:在25℃和pH5条件下，CDs/CFs对2，6-二氯苯酚(2，6-DCP)最大吸附量可达43.07±2μmol/g，吸附过程为自发的吸热过程，符合准二阶动力学模型和Langmuir吸附模型。经365 W紫外光照射12 h后，CuO/Cu2O/CDs/CFs对2，6-DCP的光催化降解率可达87.5％。
　　以戊二醛为交联剂将氨基化碳纤维和氨基化石墨烯交联在一起，作为复合载体(GNs/CFs)。在其表面电沉积普鲁士蓝颗粒(FeⅢ4[FeⅡ(CN)6]3，PB)，得到普鲁士蓝/功能化石墨烯/碳纤维复合材料(PB/GNs/CFs)。采用FT-IR、FE-SEM、XRD、XPS和电化学技术对复合材料进行了表征。结果显示:大量粒径约19.32 nm的立方体普鲁士蓝颗粒均匀地分布在GNs/CFs表面。实验考察了水溶液中铯离子在PB/GNs/CFs上的吸脱附行为。在25℃和pH7条件下，铯离子的最大吸附容量可达81.24±2mg/g，该吸附过程为自发的吸热过程。在pH2，0.1 M KCl溶液中，1.2 V下恒电位8min，89.29％的铯离子可被脱附。在最佳条件下，PB/GNs/CFs被成功地用于盐湖卤水中铯离子(137Cs+)的回收。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 碳纤维功能化研究进展

1．1．1 碳纤维概述

1．1．2 碳纤维表面的改性研究

1．2 纳米铜氧化物研究进展

1．2．1 Cu2O和CuO的性质

1．2．1 CuO／Cu2O复合材料的制备

1．3 普鲁士蓝简介

1．3．1 普鲁士蓝的性质

1．3．2 普鲁士蓝的制备

1．4 材料表征

1．4．1 场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)

1．4．2 透射电镜(TEM)

1．4．3 电化学检测方法(CV、EIS)

1．4．4 红外光谱(FT-IR)

1．4．5 X-射线衍射(XRD)

1．4．6 X-射线光电子能谱(XPS)

1．5 碳纤维复合材料在环境方面的应用

1．5．1 碳纤维复合材料对环境污水的吸附处理

1．5．2 碳纤维复合材料的催化降解作用

1．6 本论文研究内容简介

第二章 纳米氧化铜／氧化亚铜／环糊精／碳纤维复合材料的制备及其光催化降解水溶液中2，6-二氯苯酚

2．1 引言

2．2 实验试剂与仪器

2．2．1 实验试剂

2．2．2 实验仪器

2．2 实验部分

2．3．1 CDs／CFs的制备

2．3．2 电化学制备CuO／Cu2O／CDs／CFs

2．3．3 CDs／CFs吸附2，6-DCP

2．3．4 CuO／Cu2O／CDs／CFs光催化降解2，6-DCP

2．4 结果与讨论

2．4．1 CDs／CFs的红外光谱分析

2．4．2 CDs／CFs的形貌分析

2．4．3 CuO／Cu2O／CDs／CFs相关材料的电化学性能

2．4．4 CuO／Cu2O／CDs／CFs的红外光谱分析

2．4．5 CuO／Cu2O／CDs／CFs的形貌分析

2．4．6 CuO／Cu2O／CDs／CFs的X-射线衍射图

2．4．7 CuO／Cu2O／CDs／CFs的X-射线光电子能谱图

2．5 CDs／CFs吸附处理水溶液中的2，6-DCP

2．5．1 pH对CDs／CFs吸附2，6-DCP的影响

2．5．2 吸附动力学研究

2．5．3 吸附热力学

2．6 CuO／Cu2O／CDs／CFs光催化降解2，6-DCP

2．6．1 不同光源对光催化效果的影响

2．6．2 光照时间对催化降解效果的影响

2．7 本章小结

第三章 普鲁士蓝／石墨烯／碳纤维复合材料的制备及盐湖卤水中铯回收

3．1 引言

3．2 实验试剂与仪器

3．2．1 实验试剂

3．2．2 实验仪器

3．3 实验部分

3．3．1 石墨烯的制备

3．3．2 石墨烯氨基化

3．3．3 碳纤维接枝石墨烯复合材料的制备

3．3．4 电化学合成普鲁士蓝

3．3．5 PB／GNs／CFs吸附水溶液中Cs+

3．3．6 铯离子的分析方法

3．4 结果与讨论

3．4．1 PB／GNs／CFs复合材料的电化学检测

3．4．2 PB／GNs／CFs复合材料的红外光谱分析

3．4．3 PB／GNs／CFs复合材料的形貌分析

3．4．4 PB／GNs／CFs复合材料的X-射线衍射仪谱图

3．4．5 PB／GNs／CFs复合材料的X-射线光电子能谱图

3．5 PB／GNs／CFs吸附水溶液中的Cs+

3．5．1 pH对PB／GNs／CFs吸附Cs+效果的影响

3．5．2 吸附动力学研究

3．5．3 吸附热力学

3．5．4 竞争吸附

3．5．5 恒电位脱附

3．5．6 重复再利用

3．6 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文