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1、冯冬燕等:石墨烯及其复合材料对水中重金属离子的吸附性能研究０３００９文章编号:１００１-９７３１(２０１５)０３-０３００９-０７∗石墨烯及其复合材料对水中重金属离子的吸附性能研究冯冬燕１,孙怡然３,于飞２,３,李晨璐３,李强３,郭永福１,白仁碧１,马杰３(１．苏州科技学院分离净化材料与技术研发中心,江苏苏州２１５００９;２．上海应用技术学院化学与环境工程学院,上海２０１４１８;３．同济大学污染控制与资源化研究国家重点实验室,上海２０００９２)摘要:石墨烯作为一种新型的碳纳米材料,具有独一种具有二维结构的碳的同素异形体
2、.石墨烯具有较特的物理化学性质如高的机械强度、良好的稳定性、超高的比表面积(理论上值约为２６３０m２/g)及良好的化[１５]大的比表面积及极强的表面化学活性等,使得石墨烯学稳定性等特性,使得石墨烯成为一种良好的吸附成为一种得天独厚的吸附材料.综述了石墨烯及其复材料.然而,石墨烯片层间存在有相互作用强烈的π-合材料的制备方法,并对其在去除水中重金属离子的π键,导致其表面化学特性不活泼,表面积减小,并使研究进展与吸附机理方面进行了综述,最后对石墨烯石墨烯在水溶液中分散性能变差而易于团聚,影响其及其复合材料的后续研究方向进行
3、了展望.吸附特性的发挥,最终限制了石墨烯在水处理行业中关键词:石墨烯;重金属离子;吸附;机理;复合材料的进一步应用.中图分类号:TB３３;TQ４２４．２;X５２文献标识码:A氧化石墨烯(grapheneoxide,GO)是石墨烯的氧化[１６-１７]DOI:１０．３９６９/j．issn．１００１-９７３１．２０１５．０３．００２物.其表面含有丰富的高活性含氧官能团,具有良好水溶性和易改变的化学活性.在GO单片上随机分１引言布着羟基和环氧基,在单片边缘则分布有羧基和羰基,重金属废水由于其具有毒性强、易使生物酶失去如图１所示
4、.大量官能团的存在为GO作为一种高性活性、生物累积性及难以排出体外等特性,近年来已经能吸附材料提供了丰富的吸附位点.有关研究显[１８-２０]成为环境保护领域共同关注的焦点.目前对该类废水示,从石墨烯薄片边缘到中央呈现出亲水至疏水的的治理方法中,吸附法由于具有效果显著、操作简单以特性,因此GO存在一种类似界面活性剂的界面.上述及成本低廉等特点,而常作为一项核心技术被广泛应结构特性使得GO成为一种得天独厚的吸附材料.[１-７]用.[８]工程领域中常见的吸附剂主要有活性炭、沸[９][１０]石、介孔材料、树脂以及高分子聚合物等
5、.但这些常规吸附剂存在吸附容量小、吸附效率偏低等缺陷,因此迫切需要开发新型高效的吸附材料以克服常规吸附剂的固有缺陷.近年来,以碳纳米管和石墨烯(gra-phene,G)为代表的碳纳米材料,由于其具有独特的中[１１-１４]空结构、强大的吸附能力及极高的表面积等,已经成为世界各国环境领域专家研究的热点,并极有可能成为环境领域最具竞争优势的吸附材料.近几年,研究者们利用石墨烯在环境领域开展了一系列去除污染物的相关工作,取得了一定的研究成果.本文就石墨烯及其复合材料的制备方法,及其在重金属离子去除方面的相关研究与机理进行了综述
6、,并对后续研究方向进行了展望.２石墨烯的结构及性质[１６-１７]图１G和GO的结构示意图石墨烯是由碳原子经sp２电子轨道杂化后形成的[１６-１７]Fig１ThestructureofGandGO∗基金项目:国家自然科学基金资助项目(５１４０８３６２,２１２０７１００);苏州市科技支撑计划资助项目(SS２０１３３４);江苏省“青蓝工程”资助项目(２０１２);苏州科技学院博士学位科研启动资助项目(２０１４)收到初稿日期:２０１４-０７-０８收到修改稿日期:２０１４-０９-２３通讯作者:郭永福,E-mail:yongfugu
7、o＠１６３．com作者简介:冯冬燕(１９８９－),女,江苏如皋人,在读硕士,师承郭永福教授,从事水中污染物去除研究.０３０１０２０１５年第３期(４６)卷到均匀分散的溶液,在此基础上将乙二胺与氨溶液加３石墨烯及其复合材料的制备入其中,然后在９５℃高温下反应６h,再用超细聚丙烯３．１石墨烯的化学修饰纤维膜过滤后得到还原性功能化氧化石墨烯.功能化改性技术能通过改变石墨烯表面的官能３．２石墨烯/氧化物复合材料的合成团,提高其对多种重金属离子的吸附能力.例如,三辛(氧化)石墨烯与金属氧化物合成后的产物,通常胺、乙二胺及二甲基甲酰
8、胺等长链胺,能与氧化石墨烯可以作为吸附剂应用于水中某些污染物的去除.例的孤对电子π键发生作用,进而通过静电作用实现对如,磁性石墨烯复合材料能吸附以阴离子形式存在的重金属离子的去除.污染物,并且具有磁分离的特性.[２１-２２][２５]Mishra和Kumar等采用改进的HummersBhunia等在４００℃温度和H２/Ar保护的作用
