氧化石墨烯_壳聚糖复合材料的制备及吸附研究进展

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1、氧化石墨烯／壳聚糖复合材料的制备及吸附研究进展＊马自伟，葛华才（华南理工大学化学与化工学院，广州５１０６４０）摘要综述了近年来氧化石墨烯／壳聚糖新型复合材料的研究进展，侧重介绍了该材料的常用制备方法及其对重金属离子和有机染料的吸附情况，讨论了该复合材料的脱附再生性能，指出了目前研究中尚存在的问题，并对未来的研究工作提出了一些建议。关键词氧化石墨烯壳聚糖吸附中图分类号：Ｘ１３１．２；Ｏ６３６．１文献标识码：ＡＲｅｖｉｅｗｏｎＰｒｅｐａｒａｔｉｏｎａｎｄＡｄｓｏｒｐｔｉｏｎｏｆｔｈｅＧｒａｐｈｅｎｅＯｘｉｄｅ／ＣｈｉｔｏｓａｎＣｏｍｐｏｓｉｔ

2、ｅＭＡＺｉｗｅｉ，ＧＥＨｕａｃａｉ（ＳｃｈｏｏｌｏｆＣｈｅｍｉｓｔｒｙａｎｄＣｈｅｍｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＳｏｕｔｈＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ５１０６４０）ＡｂｓｔｒａｃｔＲｅｃｅｎｔｒｅｓｅａｒｃｈｐｒｏｇｒｅｓｓｅｓｏｎｔｈｅｎｏｖｅｌｇｒａｐｈｅｎｅｏｘｉｄｅ／ｃｈｉｔｏｓａｎｃｏｍｐｏｓｉｔｅａｒｅｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ．Ｔｈｅｃｏｍｍｏｎｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｓａｎｄａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｔｈｉｓｃｏｍｐｏｓｉｔｅｆｏｒｈｅａｖｙｍｅｔａｌ

3、ｉｏｎｓａｎｄｏｒｇａｎｉｃｄｙｅａｒｅｉｎ－ｔｒｏｄｕｃｅｄｗｉｔｈｅｍｐｈａｓｉｓ．Ｔｈｅｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎａｎｄｒｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓａｂｏｕｔｔｈｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅａｒｅａｌｓｏｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ａｔｌａｓｔ，ｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｓａｎｄｐｒｏｓｐｅｃｔｏｆｒｅｓｅａｒｃｈｓｔａｔｕｓｑｕｏｏｎｔｈｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅａｒｅｐｕｔｆｏｒｗａｒｄ．ｇｒａｐｈｅｎｅｏｘｉｄｅ，ｃｈｉｔｏｓａｎ，ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎＫｅｙｗｏｒｄｓ性能。本文将对氧化石墨烯／壳聚糖复合材料的研究进行综述，着重对其制备方法、

4、吸附及脱附再生性能等方面进行介绍，指出了目前研究中尚存在的问题，并对未来的研究工作提出了一些建议。引言随着工业的发展，环境污染越来越严重。冶金、采矿、染料、制造等工业排放的水中含有大量的重金属离子和有机染料，严重影响着人们的生命健康。因此，含有这些污染物的水亟需处理［１］。可用物理、化学或生物等方法处理水中的这些污染物，其中吸附法因具有经济和高效等优点而被广泛应用［２，３］。活性炭是一种常用的吸附剂，具有吸附效率高等优点［４］，但难以再生利用，因此限制了其在实际中的应用范围。近年来，许多研究人员致力于寻找可再生的新型吸附剂，而氧化石墨烯／

5、壳聚糖复合材料逐渐引起了注意［５］。０氧化石墨烯／壳聚糖复合材料的制备方法氧化石墨烯的制备氧化石墨烯具有成本低、容易制备、性能优良等优点，是１１．１一种重要的碳纳米材料吸附剂，同时也是制备石墨烯的原始材料。用化学氧化剥离制备氧化石墨烯被认为是最经济有效的方法。Ｂｒｏｄｉｅ［１６］采用ＫＣｌＯ和发烟ＨＮＯ氧化石墨，４３４、３和ＫＣｌＯ４混合液加热氧２良好的机械柔韧性、化学稳定性等性能［６，７］。氧化石墨烯具有比表面积大、结构多样、孔径大小可调及金属配位基团，用作吸附剂将具有较好的吸附性能［８－１１］。但由于其吸附基团主要是羧基和羟基且吸附容

6、量有限，因此可通过接上一些功能基团来提高吸附容量。壳聚糖（Ｃｈｉｔｏｓａｎ）的学名为（１，４）－２－氨基－２－脱氧－α－Ｄ葡聚糖，其分子结构中含有氨基和羟基等，具有吸附性能好、易再生和价廉等特点［１２，１３］。但壳聚糖能溶于酸性溶液中，因此常用戊二醛或环氧氯丙烷等交联剂进行反应改性以降低其在酸性溶液中的溶解性［１４，１５］。近年来，一些研究人员尝试把壳聚糖接枝到氧化石墨烯上制备复合吸附剂。这种复合材料综合了两种材料的特点，力学性能好，不溶于酸，吸附位点多，因此表现出较好的吸附化石墨。Ｈｕｍｍｅｒｓ等［１８］采用了更有效的制备方法，将石墨和

7、ＮａＮＯ３一起加入到ＫＭｎＯ４和Ｈ２ＳＯ４中进行氧化，反应后加入ＨＯ２还原过量的４，最后进行超声分散得到氧ＫＭｎＯ２化石墨烯。Ｈｕｍｍｅｒ法是制备氧化石墨烯的常用方法。为了提高单层结构氧化石墨烯的产量，一些研究人员对Ｈｕｍｍｅｒ法进行了改进。Ｋｏｖｔｙｕｋｈｏｖａ等［１９］采用ＰＯ和２５ＫＳＯ对石墨进行预氧化处理，然后再用Ｈｕｍｍｅｒ法进行２２４充分氧化。在反应过程中，为了防止温度过高，ＫＭｎＯ４的量必须严格控制，同时使用冰水浴降低反应温度。Ｍｉｓｈｒａ等［２０］先用Ｈｕｍｍｅｒ法氧化石墨，然后在Ｈ氛围中加热到２２００℃还原成石墨烯，最后

8、再用ＨＮＯ３氧化成氧化石墨烯。在制备氧化石墨烯的过程中，除氧化步骤外，干燥方法＊国家自然科学基金（２１０７７０３４）马自伟：男，１９８８年生，研究生，主要从事天然高分子材料的化学改性Ｅ－ｍａｉ