石墨烯复合材料的制备及其在污水处理中的应用研究

【摘要】：污染问题是全世界普遍存在的问题,特别是水污染,随着工业高速发展,各种有害化学物质的排放使水资源的污染越来越严重,现如今解决水污染成为了当时社会亟待解决的问题之一。石墨烯是近几年来发展起来的具有优异性能的新型碳材料,石墨烯复合材料在解决水污染的问题上具有潜在的应用价值。本论文主要通过对石墨烯进行聚合物改性和无机粒子掺杂改性两个方面制备石墨烯复合材料,并研究了其对重金属离子的吸附和有机物的光催化降解等性能。本论文主要研究内容如下:(1)GO-PANI复合材料的制备及其吸附性能研究首先制备氧化石墨烯(GO),然后在其表面接枝对苯二胺,以接枝在氧化石墨烯表面的苯胺基团为锚固点,进行苯胺的原位氧化还原聚合,在氧化石墨烯边缘接枝聚苯胺大分子链。通过傅立叶红外光谱,热失重,X射线衍射,拉曼光谱,透射电镜等表征手段,确定复合材料的结构。并以GO-PANI复合材料为吸附剂研究了对Pb2+的吸附性能。GO-PANI复合材料对Pb2+的最大吸附量为1416 mg/g,是PANI最大吸附量的2.3倍。石墨烯/聚苯胺复合材料可以作为重金属离子Pb2+的一种优异吸附剂,在重金属污水处理方面具有很大的应用前景。(2)GO/NH2-MIL-53复合材料的制备及其光催化降解性能研究首先是制备表面带正电荷的聚苯乙烯微球,通过静电相互作用在PS球表面负载氧化石墨烯片层,将负载的氧化石墨烯片层进行还原并用对氨基苯甲酸重氮盐进行处理,使其表面修饰较多的羧基基团。然后在水热条件下,加入2-氨基对苯二甲酸配体和Al3+金属中心合成出了MOF复合材料,最后加入溶剂溶解PS球,制备了中空的石墨烯/MOF复合材料。通过扫描电镜、粉末X射线衍射、傅立叶红外光谱等测试对复合材料的结构进行表征。在可见光下测试了GO/NH2-MIL-53复合材料对亚甲基蓝的降解性能。与NH2-MIL-53材料相比,GO/NH2-MIL-53复合材料的光催化活性得到了较大的提高,降解速率是NH2-MIL-53的1.85倍。 【关键词】：石墨烯 聚苯胺 NH2-MIL-53 吸附 光催化 亚甲基蓝
【学位授予单位】：河北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB33;X703
【目录】：

• 摘要4-5
• abstract5-10
• 第一章 绪论10-24
• 1.1 石墨烯概述10-15
• 1.1.1 石墨烯的结构10
• 1.1.2 石墨烯的性质10-11
• 1.1.2.1 力学性质11
• 1.1.2.2 电学性质11
• 1.1.2.3 热学性质11
• 1.1.2.4 其他性质11
• 1.1.3 石墨烯的制备11-13
• 1.1.3.1 微机械剥离法11-12
• 1.1.3.2 化学合成法12
• 1.1.3.3 化学气相沉积法12-13
• 1.1.3.4 化学氧化-还原法13
• 1.1.4 石墨烯/聚合物复合材料的制备13-14
• 1.1.4.1 溶液共混法13
• 1.1.4.2 熔融共混法13
• 1.1.4.3 原位聚合法13-14
• 1.1.5 石墨烯/无机复合材料的制备14-15
• 1.1.5.1 共混法14
• 1.1.5.2 原位化学还原法14
• 1.1.5.3 溶胶-凝胶法14-15
• 1.1.5.4 溶剂热(水热)合成法15
• 1.2 MOFs材料的研究概述15-24
• 1.2.1 MOFs材料的起源和发展15-17
• 1.2.2 MOFs材料的结构特征17-19
• 1.2.3 MOFs的合成方法19-20
• 1.2.3.1 溶剂热合(水热)成方法19-20
• 1.2.3.2 扩散合成方法20
• 1.2.3.3 微波辐射合成方法20
• 1.2.4 MOFs的应用前景20-22
• 1.2.4.1 MOFs材料在气体分离吸附方面的应用21
• 1.2.4.2 MOFs材料在催化反应的应用21-22
• 1.2.4.3 MOFs材料在荧光材料的应用22
• 1.2.5 课题的研究意义22-24
• 第二章 实验部分24-28
• 2.1 实验药品24-25
• 2.2 实验仪器25-26
• 2.3 表征方法26
• 2.4 光催化活性测试26-28
• 第三章 GO-PANI复合材料的制备及性能研究28-42
• 3.1 前言28-29
• 3.2 实验方法29
• 3.2.1 GO的制备29
• 3.2.2 GO-NH2的制备29
• 3.2.3 GO-PANI的制备29
• 3.2.4 PANI的制备29
• 3.3 结果与讨论29-42
• 3.3.1 GO的AFM表征29-30
• 3.3.2 FT-IR表征30-31
• 3.3.3 产物的XRD表征31-32
• 3.3.4 拉曼光谱表征32-33
• 3.3.5 产物的TGA表征33-34
• 3.3.6 产物的TEM表征34
• 3.3.7 PANI和GO-PANI对Pb(II)的吸附动力学34-36
• 3.3.8 PANI和GO-PANI对Pb(II)的等温吸附曲线36-38
• 3.3.9 吸附热力学分析38-40
• 3.3.10 混合吸附体系研究40-41
• 3.3.11 本章小结41-42
• 第四章 PS/GO/MIL-53复合材料的制备42-56
• 4.1 引言42-43
• 4.2 实验部分43-44
• 4.2.1 实验流程43
• 4.2.2 氧化石墨烯的制备43
• 4.2.3 PS/GO球的制备43-44
• 4.2.4 PS/RGO44
• 4.2.5 PS/RGO重氮化44
• 4.2.6 PS/RGO/MOF复合材料的制备44
• 4.3 结果和讨论44-56
• 4.3.1 Zeta potential表征44-45
• 4.3.2 FT-IR表征45-47
• 4.3.3 热失重表征47-48
• 4.3.4 粉末X射线衍射表征48-49
• 4.3.5 扫描电镜分析(SEM)49-50
• 4.3.6 扫描-透射电镜分析(STEM)50-51
• 4.3.7 紫外-可见漫反射光谱表征51-52
• 4.3.8 荧光光谱表征52
• 4.3.9 光催化降解实验52-54
• 4.3.10 本章小结54-56
• 第五章 结论56-57
• 参考文献57-62
• 致谢62-64
• 攻读硕士期间成果64

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