石墨烯-聚合物复合多孔材料及其吸附性研究

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1、石墨烯/聚合物复合多孔材料及其吸附性研究FabricationofPorousGraphene/PolymerMonolithsandResearchofTheirAbsorbility一级学科：化学学科专业：高分子化学与物理作者姓名：刘悦指导教师：高建平教授Dr.JonathanY.Chen天津大学理学院二零一七年五月万方数据独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含

2、为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字

3、日期：年月日签字日期：年月万方数据摘要面对日益严重的水体污染问题，急需寻求高效、廉价的吸附材料。多孔材料的特殊结构使其具有比表面积高、密度低、比强度高等特性，是优良的吸附材料。本课题采用简单的冷冻干燥法和静电纺丝法制备了一系列石墨烯/聚合物多孔材料，作为水体污染物的高效、廉价、环保吸附材料。近年来，石墨烯由于其优异的物理、化学特性受到广泛关注。它是单层或少层石墨片层，具有良好的吸附性。采用简单浸渍法将还原氧化石墨（rGO）沉积于聚氨酯海绵上，得到rGO包覆聚氨酯海绵（rGPUS）。rGO的引入不仅

4、提高了rGPUS的机械强度，同时使rGPUS表面呈疏水性。rGPUS能够选择性吸附有机液体污染物，吸附量最高可达160g/g，且在100s内即可达到饱和。rGPUS还具有优异的循环使用性，通过简单挤压的方法便可实现脱附。重复使用50次后，吸附量依然保持在初始值的96%以上。采用冷冻干燥法制备可降解的rGO/聚乳酸（rGO/PLA）复合多孔材料和rGO包覆壳聚糖（rGCS）多孔材料。它们对有机液体污染物都具有良好的吸附性能。rGO/PLA和rGCS多孔材料的最高吸附量分别可达52g/g和94g/g。

5、通过离心法实现脱附，第6次的吸附量保持在初始值的80%以上，具有良好的循环使用性。现代社会有大量废旧棉织物被浪费，这些都是再生纤维素的良好来源。采用静电纺丝法以废旧牛仔布为主要原料制备氧化石墨/再生纤维素纳米纤维（GO/rCNFM）和rGO/再生纤维素纳米纤维多孔材料（rGO/rCNFM）。rCNFM具有良好的生物相容性，是良好的药物载体，具有药物缓释作用。将溶菌酶固化于GO/rCNFM上实现了可溶性酶的重复使用。溶菌酶负载的GO/rCNFM对革兰氏阳性菌有良好的抑制作用。rGO/rCNFM可作为

6、有机液体污染的吸附材料，rGO/rCNFM通过简单清洗脱附后便可用于下次吸附。GO/CNFM对金属离子也具有较好的吸附性能。采用冷冻干燥法制备GO/羧甲基纤维素（GO/CMC）复合多孔材料，它对金属离子具有理想的吸附性能。其中对Cu2+的吸附量为83mg/g，对吸附过程进行拟合，GO/CMC复合多孔材料的吸附过程符合Langmuir吸附等温模型。吸附过Ni2+的GO/CMC多孔材料经还原得到Ni纳米颗粒负载的GO/CMC(Ni@GO/CMC)多孔材料，Ni@GO/CMC多孔材料具有良好的催化性能。

7、关键词：多孔材料，吸附，石墨烯，冷冻干燥，聚乳酸，壳聚糖，纤维素I万方数据ABSTRACTWiththedevelopmentofindustryandurbanization,waterhasbeenseriouslypolluted.Lowcost,effectiveandenvironmentalfriendlyabsorptionmaterialshaveattractedmuchattention.Porousmaterialshavelargespecificsurfacearea,l

8、owdensity,andhighspecificstrengthbecauseoftheirporousstructure.Theyarepotentialcandidatesasabsorptionmaterials.Wefabricatedaserialgraphene/polymerporousmaterialsemployingfreeze-dryingandelectrospinningrespectively,andusedthemasabsorptionmateri