多孔石墨烯的制备及其对有机污染物的吸附性能

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摘要：石墨烯是一种由 sp2杂化的碳原子以六边形排列形成的周期性蜂窝状二维碳质新材料，具有比表面积大、电子迁移率高和化学稳定性强等特性。因此石墨烯被预测将在电子、传感、催化、生物医学等领域得到广泛应用。近年来，石墨烯材料在环境治理领域引起了广泛的关注和研究。本文以氧化石墨为原料，通过冷冻干燥、高温退火等一系列处理步骤，成功制备多孔石墨烯材料，并对制备的多孔石墨烯进行了扫描电子显微镜和比表面分析，确定了多孔石墨烯的微观形貌。制备的多孔石墨烯比表面积高达328.4 m2/g。在此基础上，我们以4-硝基酚为模型，研究了多孔石墨烯对有机小分子的吸附性能，发现其对极性有机分子具有很强的吸附性能，最佳吸附条件的探索有待进一步研究。56011

毕业论文关键词：石墨烯，吸附，有机物，4-硝基酚

Abstract：Graphene—a kind of new two-dimensional material composed of sp2 hybridized carbon atoms are densely packed into a honey-comb lattice structure with six-membered rings, —is now well known for its unique and excellent properties, such as large surface area, high electron mobility and high chemical stability. Therefore, it is predicted that graphene can be widely used in electronics, sensing, catalysis, biomedicine. In recent years, graphene has attracted attention in the field of environmental treatment. In this paper, porous graphene was synthesized via lyophilization and thermal annealing. Then the microstructure was characterized by scan electron microscope and specific surface area analyzer. The specific surface area of porous graphene is up to 328.4 m2/g. Using 4-nitrophenol as target molecule, the adsorption properties of porous graphene was investigated in detail. The results show that porous graphene is an excellent adsorbent for polar ogranic compounds.

Keywords: graphene, adsorption, organic compound, 4-nitrophenol

１前言　 3

1.1石墨烯的简介 3

1.2石墨烯的制备方法 4

1.3 石墨烯的吸附性能 4

1.4 石墨烯的发展前景 4

2 实验部分 5

2.1仪器和试剂 5

2.2实验步骤 5

2.2.1氧化石墨的制备 5

2.2.2多孔石墨烯的制备 5

2.2.3多孔石墨烯对水中有机物的吸附 5

3 结果与讨论 6

3.1 多孔石墨烯的合成与表征 6

3.2 多孔石墨烯对4-硝基酚的吸附性能 7

3.2.1时间对多孔石墨烯吸附性能的影响 7

3.2.2 PH值对多孔石墨烯吸附性能的影响 8

3.2.3吸附剂用量对多孔石墨烯吸附性能的影响 9

结论 10

参考文献 11

致谢 12

1 前言

在近20年中，碳材料家族引起了各国研究人员的极大兴趣。自富勒烯和碳纳米管相继被科学家发现以来，三维的金刚石、石墨、一维的碳纳米管、零维的富勒烯球组成了整个的碳元素材料家族[1]。独缺典型的二维碳材料，所以，一直以来如何制备二维的碳材料是碳材料研究领域的热点。在石墨烯发现以前，多数物理学家认为，热力学涨落不允许任何二维晶体在有限温度下存在。直到2004 年，英国曼彻斯特大学的 Geim 和 Novoselov 等用胶带剥离石墨晶体首次获得了石墨烯[2]，由于在此领域的开创性工作二者荣获了 2010 年诺贝尔物理学奖。石墨烯可以卷曲变成零维的富勒烯，一维的碳纳米管，堆叠成三维的石墨。石墨烯物理化学性质独特，是目前世界上最坚固的材料之一，理论比表面积高达2630 m2/g，具有良好的导热性和室温下高速的电子迁移率[200000cm2/( V·s)]，被广泛应用于电子器件、催化、传感器、储能等领域[3,4]。同时，用于制备石墨烯及其复合材料的石墨来源广泛，石墨烯及其复合材料，相比碳纳米管，价格较低廉，制备过程简单，许多学者开始研究石墨烯及其复合材料在污水处理中的应用。