石墨烯在吸附中的應(yīng)用及發(fā)展

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1、石墨烯在吸附中的應(yīng)用及發(fā)展　　納米級(jí)的碳材料本身就可以擔(dān)當(dāng)一種有效的催化劑，在吸附方面有很好的應(yīng)用潛力，下面是小編搜集整理的一篇探究石墨烯在吸附中的應(yīng)用發(fā)展的論文范文，供大家閱讀查看?！　?、引言　　隨著世界人口的快速增長(zhǎng)和工業(yè)化的迅猛發(fā)展，環(huán)境污染問題引起了人們的廣泛關(guān)注，特別是水體中有害物質(zhì)的去除問題至關(guān)重要。目前，國(guó)際上常用的污水處理方法有膜分離法[1]、微生物處理法[2]、光催化降解法[3]、吸附法[4]及其它方法。這些方法在治理和保護(hù)水體環(huán)境中起到了重要的作用。其中，吸附法和光催化降解法，由于本身具有低能耗、高效率、方便大規(guī)模應(yīng)用和應(yīng)用對(duì)象廣泛等特點(diǎn)[5-6],得到了科學(xué)界的廣泛關(guān)

2、注和研究。吸附法在污水治理方面具有設(shè)備簡(jiǎn)單、效果顯著、不易產(chǎn)生二次污染等優(yōu)點(diǎn)，經(jīng)吸附法處理后，水體普遍好轉(zhuǎn)且比較穩(wěn)定[7].　　目前，在工業(yè)上最常用的活性炭吸附劑,具有非極性表面，為疏水和親有機(jī)物的吸附劑，性能穩(wěn)定、吸附容量大、解吸容易、抗腐蝕，經(jīng)過多次循環(huán)使用仍可保持原有吸附性能，在污水處理方面有很好的效果，但其成本較高、再生效率低，使該方法的廣泛應(yīng)用受到了限制;活性氧化鋁[9],無定形的多孔結(jié)構(gòu)物質(zhì)，極性強(qiáng)，對(duì)水又很高的親和作用，對(duì)含氟廢氣有很好的凈化作用;沸石分子篩[10]　　一種離子型吸附劑，孔徑整齊均一，對(duì)不飽和有機(jī)物、極性分子有選擇吸附能力，但都存在各自的缺點(diǎn)，制約了其在現(xiàn)實(shí)生活

3、生產(chǎn)中的應(yīng)用。納米級(jí)的碳材料本身就可以擔(dān)當(dāng)一種有效的催化劑，在吸附方面有很好的應(yīng)用潛力[11].自2004年Manches-ter大學(xué)的Geim小組[12]首次采用機(jī)械剝離法獲得單層或薄層的新型二維原子晶體-石墨烯以來，科學(xué)界便對(duì)石墨烯材料進(jìn)行了廣泛的研究與討論。石墨烯具有理想的平面二維結(jié)構(gòu)、良好的電子性質(zhì)、熱學(xué)性質(zhì)、光學(xué)性質(zhì)、機(jī)械性質(zhì)等，使其在納米電子器件、催化劑、電池、電容器、光電子器件、新型復(fù)合材料以及傳感材料等方面有著廣泛的應(yīng)用前景[13].石墨烯由碳原子以sp2雜化結(jié)構(gòu)連成的單原子層結(jié)構(gòu)，其理論厚度僅為0.35nm[14],石墨烯的單原子厚度和二維的平面結(jié)構(gòu)賦予了它獨(dú)特的性能，如巨

4、大的理論比表面積(2630m2/g),使其可用來負(fù)載大量的各種分子，具有非常高的吸附容量，這使石墨烯在催化劑的負(fù)載方面及污水吸附凈化處理方面具有很大的應(yīng)用潛力;石墨烯具有獨(dú)特的面吸附特性及π-π吸附特性，對(duì)含有芳香苯環(huán)的有機(jī)污染物具有很高的吸附速度和容量;石墨烯中各碳原子之間的連接非常柔韌，當(dāng)施加外部機(jī)械力時(shí)，碳原子面出現(xiàn)彎曲變形，避免了碳原子的重新排列來適應(yīng)外力，展現(xiàn)出優(yōu)良的穩(wěn)定性[15];這種穩(wěn)定的晶格結(jié)構(gòu)使其具有優(yōu)異的導(dǎo)電性，石墨烯的高電子遷移率[16](104S/cm)與導(dǎo)熱性[17](5000B)的吸附性能。亞甲基藍(lán)是染料的典型代表，整個(gè)分子對(duì)稱分布，中部分為兩個(gè)苯環(huán)與

5、一個(gè)N,S雜環(huán)共軛的大π體系，兩邊的苯環(huán)各接一個(gè)二甲胺基，正電荷平均分布于整個(gè)共軛體系中，性質(zhì)穩(wěn)定。石墨烯擁有很大且平滑的石墨層平面產(chǎn)生π-π作用，很容易吸附含有π電子的有機(jī)污染物，通過π-π作用和氫鍵作用等對(duì)亞甲基藍(lán)有很好的吸附效果。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，石墨烯吸附MB的過程符合準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型、Langmuir等溫線模型，最大吸附量為153.85mg/g,熱力學(xué)參數(shù)表明吸附為自發(fā)、吸熱過程。Ramesha等[26]對(duì)比了石墨烯和氧化石墨烯對(duì)陽(yáng)離子染料MB、MV及羅丹明B(RhB)和陰離子染料梔子黃色素從污水中去除的效果。研究發(fā)現(xiàn)由于氧化石墨烯表面有大量負(fù)電荷，

6、對(duì)陽(yáng)離子染料有很好的吸附作用，而石墨烯對(duì)陰離子染料表現(xiàn)出良好的吸附性能?！　u等[27]研究了酚類化合物(雙酚A),通過氧化還原石墨的方法制備的石墨烯對(duì)BPA表現(xiàn)出了優(yōu)異的吸附性能，其最大吸附量約為181.8mg/g(29℃，pH值=6.0).【1】　　圖1為石墨烯與BPA間π-π作用和氫鍵作用的示意圖。石墨烯對(duì)BPA表現(xiàn)出如此優(yōu)異的吸附性能主要是由于石墨烯的石墨平面中的苯環(huán)和表面殘留的含氧基團(tuán)，會(huì)與BPA分子結(jié)構(gòu)中的兩個(gè)苯環(huán)以及兩個(gè)羥基基團(tuán)之間產(chǎn)生π-π作用和表面活性氧基團(tuán)進(jìn)行作用?！　∈碛斜容^特殊的石墨層平面可以產(chǎn)生更強(qiáng)的π-π作用，對(duì)含有&p

7、i;電子的有機(jī)污染物會(huì)表現(xiàn)出更優(yōu)異的吸附能力。π-π吸附作用不僅可以降低水的競(jìng)爭(zhēng)吸附，提高吸附容量，還可以增強(qiáng)對(duì)污染物的吸附力。因此在水處理領(lǐng)域，石墨烯必將成為新型高效的吸附劑，對(duì)其它的芳香族污染物產(chǎn)生同樣優(yōu)異的吸附性能?！　?.2石墨烯復(fù)合物吸附劑　　隨著石墨烯的研究與發(fā)展，以sp2雜化的C原子形成的單原子層的石墨烯表現(xiàn)出明顯的憎水性，同時(shí)，由于范德華力的作用，石墨烯片層容易出現(xiàn)重新堆積形成石墨