石墨烯吸附材料的制备与应用研究进展

氧化石墨烯材料的制备及应用

氧化石墨烯 (GO) 是石墨烯 (graphene) 的一种衍生物，是一种单层碳原子结构的二维材料。GO是石墨烯在实际应用中使用广泛的形态之一，因其独特的物理和化学特性，被广泛应用于生物、能源、传感器、电池等领域。本文将就氧化石墨烯材料的制备及应用进行论述。

一、氧化石墨烯的制备方法

1、Hummers法

Hummers法是一种在实验条件下将天然石墨氧化得到氧化石墨烯的方法。其基本原理是使用硫酸和氧化剂 (如硝酸) 与天然石墨反应，制备出氧化石墨烯。这种方法在制备氧化石墨烯方面已经被广泛应用，而且可以得到高质量的氧化石墨烯。

2、改良的Hummers法

改良的Hummers法是 Hummers法的一种改良。基本的反应方式与 Hummers法相似，但是改良方法中添加了氯化钠和硝酸钾，从而使反应速度得到了提高。该方法是一种更加经济和环保的方法，使得制备氧化石墨烯的成本大大降低。

3、热还原法

热还原法是一种利用热处理将氧化石墨烯还原成石墨烯的方法。其基本原理是在高温下，使用还原剂 (如氢气、乙炔等) 将氧化石墨烯还原成石墨烯，从而得到单层石墨烯。该方法具有高效、低成本等优点，但与其他方法相比，实现单层石墨烯的比例较低。

二、氧化石墨烯的应用

1、生物医学领域应用

氧化石墨烯具有较好的生物兼容性、低毒性、低免疫原性和高表面积等特性，因此在生物医学领域应用前景广阔。例如，可以将 GO 纳米材料作为药物载体使用，GO 纳米材料可以将药物包裹在内，增加药物的稳定性和生物利用度，从而提高药物的疗效。

2、环境污染治理

氧化石墨烯也可以用于治理环境污染。例如，一些研究表明，氧化石墨烯可以作为吸附剂，吸附工业废水中的重金属离子，从而实现废水的净化。

3、锂离子电池

氧化石墨烯也可以用于制备锂离子电池。在锂离子电池中，将氧化石墨烯作为电极材料使用，可以有效提高电池的能量密度和循环寿命。

西南民族大学学报·自然科学版

第40卷第2期

Journal of Southwest University for NationalitiesNatural Science Edition Mar.

2014

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收稿日期：2014-02-18

作者简介：杨胜韬(1985-), 男, 博士, 副教授, 研究方向: 碳纳米材料的制备、应用及安全性研究. Email: yangst@.

基金项目: 四川省科技支撑计划(No. 2013FZ0060)和国家自然科学基金青年基金项目(No. 21307101) doi: 10.3969/j.issn.1003-4271.2014.02.08 【特约专稿】

石墨烯吸附材料的制备与应用研究进展

杨胜韬, 赵连勤

(西南民族大学化学与环境保护工程学院, 四川 成都 610041)

摘 要: 石墨烯具有独特的结构、优异的性能, 在诸多领域有广泛的应用. 石墨烯层的原子均为表面原子, 其表面积非

常大, 是天然的吸附材料. 其易于制备、成本低廉等优势使得石墨烯吸附材料成为水处理研究中的热点. 石墨烯及其复

合材料已经在重金属、染料、杀虫剂、抗生素、石油等污染物的治理方面得到应用. 综述了石墨烯吸附材料的制备方法

以及其在污水处理方面的应用. 分析了污染物在石墨烯吸附材料上的吸附行为, 并讨论了石墨烯与污染物的相互作用.

着重关注官能团对石墨烯吸附材料性能的影响, 从化学视角提出了设计高效石墨烯吸附剂的思路.

关键词: 石墨烯; 吸附材料; 污水处理; 纳米技术

中图分类号: O613, X703 文献标识码: A 文章编号: 1003-4271(2014)02-0203-16

东华大学硕士学位论文 还原氧化石墨烯及其复合材料的制备与吸波性能研究

I 还原氧化石墨烯及其复合材料的制备与吸波性能研究

摘 要

不论是在军事领域，还是民用领域，高性能吸波材料因具有厚度

薄、质量轻、吸收强以及吸收频带宽的优点而具有潜在的应用价值。

在众多高性能吸波材料中，石墨烯凭借其较低的密度、超高的比表面

积、优异的介电性能、机械性能和化学稳定性成为了吸波领域研究的

热点，然而，石墨烯较高的介电常数使得其阻抗匹配特性极差，造成

大量的电磁波被反射，进而导致其较差的吸波性能。针对以上问题，

本文以还原氧化石墨烯为基体，通过引入导电聚合物和核壳结构的纳

米粒子来提升还原氧化石墨烯的阻抗匹配特性，从而增强其对电磁波

的吸收；此外，为了探索其在实际过程中的应用，我们将制备的粉末

状吸波剂均匀分散于环氧树脂中，对其吸波性能进行了研究。具体研

究内容和结果如下：

（1）以苯胺功能化修饰的还原氧化石墨烯（rGO-An）为活性点，

通过界面聚合法将纳米棒状的聚苯胺（PANI）接枝在rGO表面，形

成还原氧化石墨烯共价接枝聚苯胺（rGO-g-PANI）复合材料。当该

复合材料在石蜡中的掺杂比为30wt%时，获得最优的吸波性能，在厚

度为3mm时，最小反射损耗（RL）可以达到-45.2dB，有效吸收带宽

能够覆盖4.4GHz，这表明PANI纳米棒的接枝明显能够改善rGO的

吸波性能；此外，为了突出rGO和PANI纳米棒接枝的增强效果优于

东华大学硕士学位论文 还原氧化石墨烯及其复合材料的制备与吸波性能研究

II 二者的物理吸附，我们将rGO/PANI复合材料和rGO-g-PANI复合材

料的吸波性能作了对比，并且对其机理进行了探讨。

（2）以类沸石咪唑酯骨架材料（ZIF-67）为芯材，以氧化锌（ZnO）

为壳层，合成具有核壳结构的ZIF-67@ZnO纳米粒子，然后通过高温

煅烧的方式，将ZIF-67中的有机物裂解掉，形成核壳结构的

Co/NPC@ZnO纳米粒子，当30wt%的Co/NPC@ZnO纳米粒子混合在

《磁性氧化石墨烯复合材料的制备及其吸附性能的研究》篇一

一、引言

随着环境问题的日益严重，水处理技术成为了科研领域的重要研究方向。磁性氧化石墨烯复合材料因其独特的物理化学性质，在废水处理领域具有广阔的应用前景。本文旨在研究磁性氧化石墨烯复合材料的制备方法，并探讨其吸附性能，以期为环境保护和水处理领域提供新的思路和解决方案。

二、磁性氧化石墨烯复合材料的制备

1. 材料选择与预处理

本研究所选用的原料包括石墨烯、磁性材料以及氧化剂等。在制备过程中，首先对石墨烯进行预处理，以提高其反应活性。预处理方法包括对石墨烯进行表面氧化和功能化处理，使其具有更多的活性位点。

2. 制备过程

磁性氧化石墨烯复合材料的制备采用化学法。首先将磁性材料与氧化剂混合，然后在一定温度下进行反应，使磁性材料表面形成氧化物层。接着将预处理后的石墨烯与磁性氧化物进行混合，通过高温反应使两者结合形成复合材料。

3. 制备条件优化 在制备过程中，我们通过调整反应温度、反应时间、原料配比等条件，优化了磁性氧化石墨烯复合材料的制备工艺。经过多次试验，我们找到了最佳的制备条件。

三、磁性氧化石墨烯复合材料的吸附性能研究

1. 吸附性能测试

为了研究磁性氧化石墨烯复合材料的吸附性能，我们进行了多组吸附实验。实验中，我们将不同浓度的污染物溶液与磁性氧化石墨烯复合材料混合，然后测定溶液中污染物的浓度变化。实验结果表明，磁性氧化石墨烯复合材料对多种污染物具有良好的吸附性能。

2. 影响因素分析

我们进一步分析了影响磁性氧化石墨烯复合材料吸附性能的因素。实验结果表明，吸附性能受溶液pH值、温度、污染物种类及浓度等因素的影响。在一定的pH值范围内，磁性氧化石墨烯复合材料对污染物的吸附能力较强；而在高温条件下，吸附能力有所提高；不同种类的污染物对吸附性能的影响也不同。

四、结论

本研究成功制备了磁性氧化石墨烯复合材料，并对其吸附性能进行了研究。实验结果表明，该复合材料具有良好的吸附性能，能够有效地去除多种污染物。同时，我们还探讨了影响吸附性能的因素，为进一步优化材料性能提供了参考。此外，磁性氧化石墨烯复合材料具有较好的可回收性和重复使用性，有助于降低水处理成本。 五、展望