氮功能化石墨烯气凝胶对水体中Cr(Ⅵ)及甲基橙的吸附研究
重金属与染料是两类常见的污染物，对生态环境及人类健康具有严重危害。光催化还原法、吸附法、膜分离法、离子交换法等常用于水体中污染物的去除，其中吸附法应用最为广泛。吸附法具有操作简单、去除效率高和经济可行的特点，可以适用于不同规模的工艺之中，高效经济的吸附材料的开发是该技术的关键。石墨烯气凝胶作为一种新型碳材料已被广泛应用于水处理中，但目前的大多数石墨烯气凝胶存在吸附速率慢、吸附容量低等缺点。为了进一步提高石墨烯气凝胶吸附速率和容量，通常对其进行改性，以增加其表面的活性基团。 本研究以氧化石墨烯（GO）、聚乙烯亚胺（Polyethyleneimine,PEI）和吡咯为原料，通过一步水热法和冷冻干燥技术制备了氮功能化石墨烯气凝胶（PPGA）。PEI和吡咯作为交联剂，有利于构建石墨烯气凝胶的三维结构；作为氮源，为石墨烯气凝胶带来丰富含氮活性基团（氨基、亚氨基等）。利用FESEM、FTIR、Raman、XPS和XRD等多种手段对PPGA进行表征分析，探究了PPGA对水中Cr(Ⅵ)和甲基橙（MO）的去除效果。 结果表明：PEI和聚吡咯（Ppy）成功掺杂进入石墨烯气凝胶，形成的PPGA具有网络状的孔隙结构和丰富的含氮基团，含氮物质的引入使石墨烯表面缺陷增多。将PPGA应用于Cr(Ⅵ)的吸附时，在溶液pH=2的条件下，吸附效果最佳，最大吸附容量高达458.24mg/g。吸附过程符合伪二级动力学模型和Langmuir吸附等温线模型。吸附Cr(Ⅵ)的过程涉及的机理主要包括静电作用、氧化还原与络合作用。将PPGA应用于甲基橙（MO）的吸附时，在溶液pH=3的条件下，吸附效果最佳，最大吸附容量高达938.01mg/g。吸附过程符合伪二级动力学模型和Langmuir吸附等温线模型，吸附过程是一个自发的吸热反应过程，吸附容量随温度的升高而升高。PPGA吸附MO的过程涉及的吸附机理可能包括静电吸引、孔隙作用和氢键作用等。在对Cr(Ⅵ)和MO的吸附中，PPGA都表现出较好的可再生性。 综上所述，PPGA制备过程简单、绿色环保，对水体中Cr(Ⅵ)和MO的去除效果优异且再生性能良好。
水处理;氮功能化石墨烯气凝胶;一步水热法;冷冻干燥;铬离子;甲基橙;吸附性能
华南理工大学
硕士
环境科学与工程
罗汉金
2022
中文
TU991.2
2022-12-23（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）