磁性石墨烯基复合材料对几种典型水污染物的吸附性能研究

作     者：马泽宇 

作者单位：内蒙古科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张邦文;布林朝克

授予年度：2022年

学科分类：083002[工学-环境工程] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 081702[工学-化学工艺] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：石墨烯 吸附 复合 磁性 

摘      要：石墨烯(Gr)内部碳原子的排列方式和石墨单原子层一样以sp杂化轨道成键,各类碳材料的基本结构,其高比表面积为2630 m·g,比石墨和碳纳米管大。因此,石墨烯基纳米材料被认为是水污染物吸附材料中极具潜力的一种。然而,氧化石墨烯(GO)具有纳米级和高分散性等缺点,难以重复使用吸附剂,石墨烯片之间因其范德华相互作用而容易团聚,使吸附性能降低等问题。复合是一种行之有效的方法。本文以GO为前驱体,制备了r GO-FeO(还原氧化石墨烯与四氧化三铁复合)和GO-Ni FeO-CS(氧化石墨烯、铁酸镍和壳聚糖复合)复合材料,对水污染物进行吸附。用XRD、FESEM/EDX、TEM/SAED、FTIR等,对r GO-FeO和GO-Ni FeO-CS材料表征;采用分批吸附实验研究了p H、吸附剂用量、吸附质初始浓度、吸附时间等因素对其吸附性能的影响。研究内容和所得结果如下:(1)用原位水热法制备出r GO-FeO。在r GO-FeO用量分别为750 mg·L、500mg·L、500 mg·L下,对于初始浓度均为50 mg·L的PO、MO(甲基橙)、R6(罗丹明6G)三种吸附质,分别在150 min、60 min、90 min达到吸附平衡,去除率和吸附量分别为81.46%/54.31 mg·g、93.46%/93.46 mg·g、95.49%/95.49 mg·g。经过了5次循环吸脱附后,r GO-FeO对PO,MO,R6三种吸附质的去除率和吸附量分别还有70.61%/47.07 mg·g、84.49%/84.49 mg·g、86.94%/86.94 mg·g,表现出比较好的循环使用性能。r GO-FeO对PO,MO,R6对这三种吸附质均为吸热、熵增加的自发过程。r GO-FeO对PO的吸附机理为:r GO-FeO中含C=O官能团参与了对PO的吸附,吸附来自化学作用力。r GO-FeO对MO、R6的吸附机理:r GO-FeO与MO、R6之间发生了π-π相互作用且通过O-H与MO、R6结合形成氢键。(2)用原位水热法制备GO-Ni FeO-CS。在吸附剂用量分别为500 mg·L、650mg·L、500 mg·L下,对于初始浓度分别为50 mg·L、50 mg·L、20 mg·L的NR(中性红)、PO、Cr(VI)三种吸附质,分别在90 min、120 min、120 min达到吸附平衡,去除率和吸附量分别为90.91%/90.91 mg·g、85.13%/65.48 mg·g、80.13%/35.97 mg·g。经过5次循环吸脱附后,GO-Ni FeO-CS对NR、PO、Cr(VI)三种吸附质的去除率和吸附量分别尚有81.17%/81.17 mg·g、71.63%/55.09 mg·g、68.29%/27.32 mg·g,表现出比较好的循环使用性能。GO-Ni FeO-CS对NR、PO、Cr(VI)对这三种吸附质均为吸热、熵增加的自发过程。GO-Ni FeO-CS对Cr(VI)的吸附机理:O原子的孤对电子转移到Cr(Ⅵ)的空轨道,产生配位结合;GO-Ni FeO-CS对PO的吸附机理:晶格氧Ni-O与Fe-O在GO-Ni FeO-CS材料吸附PO中提供吸附位点;GO-Ni FeO-CS对NR的吸附作用力:静电吸引和π-π相互作用力是主要的吸附机制。