多功能石墨烯复合材料的制备及其对水中污染物的去除研究
稀土元素，是一种不可再生的金属资源，也是重要的国家战略物资，是生产众多高科技产品必需的原材料。当前我国是作为稀土资源开发和供应的大国，占据着全球大部分市场份额。但稀土资源的开发过程中会产生大量的稀土废水，因此对含稀土金属离子废水的资源化利用是一个亟待解决的问题。同时海上石油开采、运输过程中意外泄漏及工业生产所排放的含油废水，也造成了严重的生态环境问题。因此，本文在氧化石墨烯丰富的孔道结构、超大的比表面积、多样的官能团等基础上引入了一种聚合物作为功能组分，通过氧化石墨烯和聚合物共价键或者非共价键的交联作用和两者的协同效应组装成三维氧化石墨烯/聚合物复合材料。该复合材料不仅可以高效快速地去除废水中的金属离子和有机污染物，还能多次循环利用。 本文中，通过溶剂热还原法成功的制备了新型的具有3D结构的还原氧化石墨烯/聚氨基膦酸(PAPA)气凝胶(rGO/PAPAs)。使用FT-IR、XRD、SEM、BET、TGA、接触角(CA)、Zeta电位、XPS等手段对材料进行了表征。还原氧化石墨烯与不同含量的PAPA链交联后得到rGO/PAPAs用于模拟废水中的污染物，得益于还原的氧化石墨烯(rGO)的片层结构和PAPA组分的协同作用，以及其独特的三维结构，所得到的气凝胶(rGO/PAPA-2)具有双亲性和超轻的性能。由于材料的三维网络结构中含有丰富氨基磷酸官能团。因此在Gd(Ⅲ)离子和有机污染物的吸附实验中，在pH值为5.5时对Gd(Ⅲ)离子的吸附可在15min以内达到吸附平衡，最大吸附量达868.5mg/g。rGO/PAPA-2对Gd(Ⅲ)的吸附过程符合Langmuir等温吸附模型和准二级动力学模型。在有机污染物的吸附实验结果表明，rGO/PAPA-2对稀土萃取中常用的稀释剂和萃取剂，即磺化煤油和2-乙基己基膦酸单-2-乙基己酯（P507），表现出优异的吸附性能。此外，rGO/PAPA-2具有良好的再生性能，并且对测试的吸附物具有很高的回收率。而且，PAPA可由便宜易得的聚丙烯腈制成，因此，本文为rGO/PAPA-2气凝胶的制备提供了新的设计策略，对于复杂的废水净化治理具有广阔的前景。
氧化石墨烯;聚氨基磷酸;气凝胶;钆离子吸附;油水分离
武汉纺织大学
硕士
纺织工程
夏明桂
2021
中文
X703;O647.3
2021-10-13（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）