石墨烯基铁氧化物磁性材料的制备及在水处理中的吸附性能_周丽2

石墨烯气凝胶的制备及在污水处理中的应用石墨烯气凝胶的制备及在污水处理中的应用石墨烯作为一种以碳为基础的纳米材料，具有独特的物理和化学性质，因此在科学研究和应用领域引起了广泛的关注。

石墨烯气凝胶是一种通过将石墨烯纳米片层结构进行高效三维立体空间排列而形成的多孔凝胶材料。

其独特的结构和性质使其在污水处理领域具有广阔的应用前景。

石墨烯气凝胶的制备是关键的一步。

目前，制备石墨烯气凝胶的方法主要包括溶胶凝胶法、冻融法、模板法等。

其中，溶胶凝胶法是最常用的制备方法之一。

具体步骤如下：首先，在适当的溶剂中将石墨烯气凝胶原料分散均匀，形成均相溶胶；然后，在适当的条件下加入交联剂，并进一步搅拌混合，形成凝胶胶体；最后，利用脱水、干燥等方法得到石墨烯气凝胶。

石墨烯气凝胶在污水处理中具有许多独特的优势和应用价值。

首先，石墨烯气凝胶具有高比表面积和多孔结构，使其能够有效吸附和去除水中的有机物、重金属、微生物等有害物质。

其次，石墨烯气凝胶具有良好的导电性和光催化性能，可以利用光催化反应和电化学方法对水中的污染物进行降解和氧化，从而实现高效治理污水。

此外，石墨烯气凝胶还可以作为载体材料，用于固定和提高催化剂的稳定性和活性，进一步提高污水处理的效率。

在具体的应用中，石墨烯气凝胶可以用于工业废水的处理、城市污水处理厂的改造和建设、水环境中重金属去除、水中有机物降解等方面。

例如，在工业废水处理中，石墨烯气凝胶可以作为吸附剂使用，有效去除工业废水中的有机物和重金属离子；在城市污水处理厂的改造和建设中，石墨烯气凝胶可以作为新型填料使用，提高废水的处理效果和处理能力；在水环境中重金属去除方面，利用石墨烯气凝胶的吸附性能，可以去除水体中的重金属离子，净化水环境。

总之，石墨烯气凝胶作为一种新型的纳米材料，在污水处理领域具有广泛的应用前景。

其制备方法简单、性能优越，可以高效吸附和去除污水中的有机物和重金属离子，同时还可以通过光催化和电化学方法进行降解和氧化，实现高效治理污水。

《三维水滑石-石墨烯纳米复合材料的制备及其吸附性能研究》三维水滑石-石墨烯纳米复合材料的制备及其吸附性能研究一、引言随着工业的快速发展，环境污染问题日益突出，特别是水体污染已经成为当前环境保护的热点问题。

因此，开发高效、环保的吸附材料对于处理水体污染具有重要意义。

近年来，三维水滑石/石墨烯纳米复合材料因其独特的结构和优异的性能，在吸附领域展现出巨大的应用潜力。

本文旨在研究三维水滑石/石墨烯纳米复合材料的制备方法及其吸附性能，为实际应用提供理论依据。

二、材料制备1. 材料选择与准备本实验选用的主要原料为水滑石（Hydrotalcite）和石墨烯（Graphene）。

其中，水滑石具有较大的比表面积和良好的吸附性能，而石墨烯因其优异的导电性、力学性能和大的比表面积，常被用作复合材料的基底。

2. 制备方法本实验采用溶胶-凝胶法与原位还原法相结合的方法制备三维水滑石/石墨烯纳米复合材料。

首先，将石墨烯氧化物分散在去离子水中，通过超声处理得到稳定的石墨烯分散液。

随后，将水滑石前驱体溶液与石墨烯分散液混合，在一定的温度和pH值条件下进行溶胶-凝胶反应，并通过原位还原法将石墨烯氧化物还原为石墨烯。

最后，经过离心、洗涤、干燥等步骤，得到三维水滑石/石墨烯纳米复合材料。

三、吸附性能研究1. 吸附实验方法本实验采用静态吸附法，将制备得到的三维水滑石/石墨烯纳米复合材料与不同浓度的污染水样进行混合，在一定温度下进行吸附实验。

通过测定吸附前后水样中污染物的浓度变化，计算吸附量及吸附效率。

2. 吸附性能分析实验结果表明，三维水滑石/石墨烯纳米复合材料对多种污染物具有较高的吸附性能。

其优异的吸附性能主要归因于其独特的三维结构、较大的比表面积以及水滑石与石墨烯之间的协同作用。

此外，该复合材料还具有较好的化学稳定性，能够在较宽的pH 值范围内保持较高的吸附效率。

四、结论本文成功制备了三维水滑石/石墨烯纳米复合材料，并对其吸附性能进行了深入研究。

磁性氧化石墨烯的制备及对铜离子吸附性能的研究倪元;马嫣【摘要】We synthesized 2D graphene oxide with Hummers'method,endowed the graphene oxide with magnetism by Fe3O4that was prepared by in situ synthesis,and finally obtained magnetic graphene oxide with high magnetism and good adsorption efficiency for cupric ion. In the synthesis,alkaline liquor was replaced with NH3·H2O-NH4Cl buffer solution. This overcame the drawback from traditional ways in which the property of products is compromised due to the continuous decrease in the pH value of systems. The result of TEM showed that the magnetic graphene oxide possessed excellent 2D layered structure. The results of magnetic property and adsorption experiment showed that the magnetic graphene oxide had strong magnetism and outstanding adsorption efficiency for cupric ion.The result of adsorption kinetics suggested that the adsorption is a process of pseudo second kinetics and has an adsorption way where chemical adsorption mechanism controls the speed.%以Hummers法制备二维氧化石墨烯,并通过原位合成Fe3O4赋予氧化石墨烯以磁性,得到具有良好铜离子吸附效率和高磁性的磁性氧化石墨烯材料.以NH3·H2O-NH4Cl缓冲溶液替代碱液,克服了传统制备方法中由于体系pH值持续降低导致产品性能下降的缺陷.透射电镜测试结果表明,该材料具有良好的二维片层结构.磁学及吸附测试结果表明,该材料具有强磁性和优异的Cu2+吸附性能.吸附动力学表明符合准二级吸附动力学模型,属于基于化学吸附机理控制速率的吸附方式.【期刊名称】《南京师大学报（自然科学版）》【年(卷),期】2017(040)004【总页数】4页(P70-73)【关键词】磁性氧化石墨烯;吸附;铜离子;准二级动力学【作者】倪元;马嫣【作者单位】南京信息工程大学环境科学与工程学院,江苏南京210044;南京信息工程大学环境科学与工程学院,江苏南京210044【正文语种】中文【中图分类】TQ138.1随着城市化进程的迅猛发展和工业生产规模的不断扩大,大量来自电镀、冶炼、纺织等行业的重金属离子被排入水中,导致环境水质的持续恶化,已严重威胁到人们的生存环境. 如何合理有效消除水中的重金属离子,改善水质,还大自然一片碧水蓝天,已成为环境整治的重中之重[1-2].氧化石墨烯作为一种拥有超大比表面积和丰富表面活性反应基团的新型二维碳材料,自2004年问世以来一直得到人们的广泛关注[3],在新能源电池、航空航天、柔性显示屏、感光材料、生物医用等领域均取得了重大研究突破,并有望在短期内实现产业化[4-6]. 近年来,人们已开始着眼于利用石墨烯巨大的比表面积和良好的环境友好性,将其应用于环保领域,通过对石墨材料进行功能化改性,制成表面具有丰富活性含氧基团的氧化石墨烯,进而通过吸附作用,有效去除水中的重金属离子[7-11]. 优异的水处理材料不仅需要良好的吸附和消除重金属离子的能力,还需要具备良好的回收效率,便于反复使用. 以Fe3O4赋予氧化石墨烯磁性,获得磁性氧化石墨烯,是解决上述氧化石墨烯回收问题的有效途径[12-13].传统的Fe3O4合成工艺大多使用NaOH或NH3·H2O等碱性溶液营造碱性环境,在上述合成过程中,体系pH值会随OH-离子的持续消耗而不断下降,而体系pH值的变化则会对Fe3O4的产品质量及产品稳定性造成巨大的不利影响. 由于该反应的反应速率呈不断变化状态,通过反应过程中持续添加碱液维持反应体系pH值的方法,在实际工业化生产中无法实现. 因此,如何在合成过程中有效控制反应体系的pH值,实现Fe3O4的稳定生产,已成为该领域产业化所必须尽快解决的问题.本文以Hummers法制备氧化石墨烯,并在其原位合成Fe3O4赋予氧化石墨烯以磁性,得到具有良好Cu2+吸附效率和高磁性的磁性氧化石墨烯材料.1 材料、设备及方法1.1 材料与试剂石墨购于天津恒兴化学试剂公司. 硝酸钠、98%浓硫酸、高锰酸钾、FeCl3、FeSO4、NH3·H2O、NH4Cl均为分析纯试剂,购自阿拉丁南京公司.1.2 方法1.2.1 磁性氧化石墨烯的制备冰水浴中,5 g石墨与2.5 g硝酸钠混匀后,缓慢加入100 mL 98%浓硫酸,搅拌1 h. 分3批加入14 g高锰酸钾,反应7 h后再加入14 g高锰酸钾,继续反应12 h;冷却,洗涤,超声,取上层液,即为合成的氧化石墨烯悬浊液. 将该悬浊液加热浓缩后加入FeCl3和FeSO4的混合溶液,加热至85 ℃,加入摩尔比为3∶1的NH3·H2O-NH4Cl缓冲溶液,反应40 min,冷却,洗涤,冻干.1.2.2 性能分析将制备的磁性氧化石墨烯悬浊液超声分散,滴加于铜网上,以Hitachi-H-7650透射电镜(Hitachi Co.,日本)对磁性氧化石墨烯进行形貌分析. 以Noran-Vantage EDS能谱仪(Themo Noran Co.,美国)对磁性氧化石墨烯粉末样品进行元素分析. 以Labram-010 拉曼光谱仪(Jobin Yvon Co.,法国)对磁性氧化石墨烯进行拉曼光谱分析. 以MPMS XL-7S0UID磁测量仪(Quantum Co.,美国)对磁性氧化石墨烯进行磁学性能分析.以UV-3600紫外-可见光谱仪(Shimadzu Co.,日本)对磁性氧化石墨烯进行吸附性能和吸附动力学分析. 具体操作为,首先配置浓度为200 mg/L的铜离子标准液,用逐级稀释法获得不同浓度铜离子溶液,用紫外可见分光光度计测定各浓度下铜离子的吸光度,获得其标准曲线,取10 mg样品分散于制备的200 mg/L的铜离子标准液中,每隔10 min取上层清液测试吸光度,用差减法得到铜离子吸附量.2 结果与讨论2.1 磁性氧化石墨烯的形貌及化学结构分析图1(a)为合成的磁性氧化石墨烯的TEM电镜照片,由图1(a)可以看出,图中有大量二维尺度的片层,说明经氧化和Fe3O4掺杂,石墨已经剥离成细小的二维片层,即成功制备了氧化石墨烯. 上图深色部分应为修饰于氧化石墨烯表面的Fe3O4磁性颗粒.图1(b)为EDS能谱对磁性氧化石墨烯的元素分析结果,由图中可以看出,磁性氧化石墨烯的主要元素除C、O外还含有Fe,可以认为Fe3O4已被成功引入氧化石墨烯片层. 即磁性氧化石墨烯已制备成功.拉曼光谱是研究氧化石墨、石墨烯等碳材料的重要手段,图2为合成的磁性氧化石墨烯的拉曼光谱图. 由图中可以看出,磁性氧化石墨烯在1 332 cm-1和1 581 cm-1附近均出现了明显的吸收峰,分别对应磁性氧化石墨烯碳环中的D带和G带. 通常,人们将D带和G带之间的强度比(ID/IG)作为衡量石墨烯材料物质缺陷的主要参数,比值越大缺陷越多. 由图2可以看出,样品的ID远远高于/IG,这可以被解释为氧化石墨烯的sp2轨道上引入大量Fe3O4磁性颗粒所致[14].图3是合成的磁性氧化石墨烯的磁性测试结果. 由图3可以看出,该材料的磁化强度达到38 emu/g,已接近Fe3O4等强磁性材料的磁化强度,属于强磁性材料. 因此可以认为,合成的氧化石墨烯为强磁性材料,可以通过磁性方法实现材料在水中的分离回收,循环使用.图1 磁性氧化石墨烯的TEM图和EDS能谱图Fig.1 TEM image and EDS spectra of magnetic graphene oxide图2 磁性氧化石墨烯的拉曼光谱图Fig.2 Raman spectra of magnetic graphene oxide图3 磁性氧化石墨烯的磁性行为测试曲线Fig.3 Magnetism behavior curve of magnetic graphene oxide2.2 磁性氧化石墨烯对Cu2+的吸附性能及吸附动力学分析图4 磁性氧化石墨烯对铜离子的吸附曲线Fig.4 Cu2+ absorption curve of magnetic graphene oxide图5 磁性氧化石墨烯对铜离子吸附的准二级动力学模拟Fig.5 Pseudo second kinetics of Cu2+ absorption of magnetic graphene oxide图4为合成的磁性氧化石墨烯对Cu2+随时间的吸附曲线. 由图中可以看出,材料的饱和吸附量大约在59.5 mg/g左右,说明材料具有很大的Cu2+吸附容量. 图中还可以看出,材料的饱和吸附时间大约在120 min左右,作为良好的水处理材料,其饱和吸附时间完全可以被行业接受. 上述测试结果可以看出,本文合成的磁性氧化石墨烯是一种吸附性能优越的吸附材料,有望应用于环境净化领域.吸附动力学是研究各因素对吸附性能影响规律的重要指标. 通常吸附动力学可选用准一级、准二级、Bangham扩散模型等方式进行模拟. 准二级吸附动力学方程是其中一种最为常见的吸附动力学解析方法,它是基于吸附速率由化学吸附机理控制这一假定进行解析的,因此对于多种离子吸附方式均具有很好的拟合效果. 本文选择准二级吸附动力学方程进行分析,取得了极佳的拟合效果. 准二级动力学方程表达式如下[15]:式中,Qe表示平衡吸附量,Qt表示t时刻时的吸附量,k2为二级吸附速率常数,t为吸附时间. 以t/Qt对t作图,如能得到良好的线性关系,则说明该吸附符合准二级吸附动力学模型.图5为t/Qt对t作图的结果,由图5可以看出,图形具有良好的线性关系,证明磁性氧化石墨烯对重金属Cu2+的吸附符合准二级吸附动力学模型,即吸附是基于化学吸附机理控制速率的吸附方式. 由图5还可进一步计算得到该材料吸附的k2值为0.001 72g/(mg·min),R2为0.999,Qe为59.3 mg/g.3 结论(1)本文成功合成了具有强磁性和良好Cu2+吸附性能的二维片层磁性氧化石墨烯材料.(2)材料对Cu2+吸附动力学分析结果表明,该吸附符合准二级动力学模型,属于基于化学吸附机理控制速率的吸附方式.[参考文献][1] 徐震耀,李新. 巯基表面修饰磁性复合纳米粒子用于重金属粒子去除的研究[J]. 材料导报,2015,29(25):34-37.[2] 梁松,唐玉霖,王炜龙,等. 磁性高分子复合微球去除重金属的研究进展[J]. 水处理技术,2012,38(10):8-11.[3] NOVOSOLOV K S,GEIM A K,MOROZOV S V,et al. 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环境工程专业优秀毕业论文范本水污染治理中的新型吸附材料研究与应用在环境工程专业中，水污染治理一直是一个重要的研究领域。

随着科技的发展和环境问题的日益突出，寻找新型吸附材料用于水污染治理成为一种重要的解决方案。

本文将重点介绍新型吸附材料在水污染治理中的研究与应用。

一、引言水污染对人类生存环境和生态系统造成了严重的影响。

传统的水处理技术存在着效率低、成本高、运行复杂等问题，因此研发新型的吸附材料成为了水污染治理的热点问题。

吸附作为一种高效、简便、经济的水处理方法，具有广阔的应用前景。

因此，寻找适合特定水质工况的新型吸附材料对于提高水污染治理效率至关重要。

二、新型吸附材料的分类及特点根据其结构和性质的不同，新型吸附材料可以分为有机吸附材料、无机吸附材料和复合吸附材料。

有机吸附材料多为含有特定功能基团的有机高分子材料，具有比表面积大、亲水性强等特点。

无机吸附材料主要包括活性炭、氧化物、氮化物等，具有高吸附容量和良好的稳定性。

复合吸附材料则是将有机和无机吸附材料相结合，综合了两者的优点。

三、新型吸附材料的研究与应用进展1. 石墨烯吸附材料石墨烯作为新型吸附材料近年来备受关注。

其具有高比表面积、优异的导电性和化学稳定性等特点，能够有效吸附污染物，如重金属离子、有机物等。

同时，石墨烯的制备方法多样，可通过化学气相沉积、机械剥离等方式制备出具有不同性能的石墨烯吸附材料。

2. 活性炭吸附材料活性炭是一种常见的吸附材料，具有高比表面积和丰富的微孔结构。

通过调控活性炭的孔径和化学性质，可以提高其对不同污染物的吸附能力和选择性。

同时，活性炭还可以通过改性处理，进一步增强吸附性能，如用脱酸剂处理活性炭，可提高其对有机酸类污染物的吸附效果。

3. 复合吸附材料复合吸附材料将多种吸附介质相结合，既能发挥它们各自的优势，又能弥补各自的不足。

例如，将石墨烯与活性炭相结合，可以提高吸附材料的吸附效率和选择性。

四、新型吸附材料在水污染治理中的应用新型吸附材料广泛应用于水处理领域，例如废水处理、饮用水净化等。