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本文在深入调研氧化石墨烯及其复合材料的制备技术、在吸附领域的应用研究的基础上,首次系统地研究GO对碱金属离子的吸附特性并成功利用吸附-原位还原法制备了金属/还原氧化石墨烯新型磁性吸附复合材料,该材料显示了优异的对Cu2+吸附性能。首先采用改进Hummers法制备氧化石墨,水溶液中超声剥离处理获得氧化石墨烯分散液,通过多种手段对氧化石墨烯材料进行了表征,并考察了氧化石墨烯对不同碱金属离子的吸附特性。然后利用吸附-原位还原法制备不同形貌Co/rGO磁性复合材料。考察了 Co/rGO复合材料对铜离子的吸附性能及其吸附热力学、动力学。(1)鳞片石墨为原料,利用改进Hummers法制备氧化石墨,后超声分散剥离成氧化石墨烯纳米片。利用SEM、FT-IR、Raman、XRD和TG-MS对氧化石墨烯的结构和热稳定性。研究表明,氧化石墨烯为层状结构,表面存在大量褶皱;氧含量高达42.66%,—COOH所占含氧基团含量最高,有利于发生离子交换反应。(2)针对氧化石墨烯对于碱金属离子的吸附机理,采用改进Hummers法制备氧化石墨烯纳米片,并用作吸附剂从溶液中去除Li+、Na+、K+、Rb+和Cs+。结果表明,碱金属离子在氧化石墨烯上的吸附强烈依赖于溶液初始pH和氧化石墨烯表面丰富的含氧官能团。Li+、Na+、Rb+和Cs+吸附过程符合Langmuir等温模型,K+的吸附符合Freundlich等温模型且均符合准二级动力学,热力学参数ΔG<0,ΔH>0,即氧化石墨烯对碱金属离子的吸附是自发吸热且为化学控制的过程。在单一或者混合碱金属溶液中,氧化石墨烯均对K+具有更高的吸附容量和比例。氧化石墨烯对K/Na的分离系数为2.11,对K/Rb的分离系数为2.53。(3)以氧化石墨烯为模板制备了 Co/rGO磁性复合材料。Co/rGO复合材料具有超顺磁性,能够很方便的使用磁铁进行分离并在无磁场情况下振荡分散。系统考察了 NaOH加入量、络合剂种类、溶剂种类等关键因素对Co粒子在rGO载体上形貌和分布特性,并对优选条件下制备的Co/rGO复合材料进行了 FT-IR、XRD、SEM表征。结果表明:利用原位还原法所制Co/rGO复合材料,钴粒子粒径主要受到NaOH加入量的影响,添加的柠檬酸则对钴纳米粒子起到了很好的分散作用,而丙醇环境下钴纳米颗粒多为花瓣状球形,显著增加了复合材料的吸附性能。通过不同条件合成的Co/rGO复合材料对溶液中Cu2+的吸附效果研究发现,最优条件为OH-/Co2+=8,溶剂为丙醇,络合剂为柠檬酸。最有利条件下制备的Co/rGO复合材料呈褶皱状平面,石墨烯C=C结构得到了明显的恢复,但由于Co的保护作用,仍然残留较多的C—OH等含氧活性基团。小于100 nm的菜花状金属钴颗粒较为均匀地分散在表面。(4)探究溶液初始pH值、吸附时间、初始Cu2+浓度和反应温度对吸附性能的影响,及吸附热力学和复合材料重复利用的问题。结果显示,Co/rGO复合材料对Cu2+具有稳定的吸/脱附性能,最佳实验条件下对Cu2+的最大吸附容量达到117.5 mg/g且5 min内实现吸附平衡,远优于其原料氧化石墨烯的60 min吸附容量27.5 mg/g。纳米Co/rGO磁性材料对Cu2+的吸附过程更符合Freundlich模型,属于多层吸附。室温下吸附焓ΔH=17.81 kJ/mol,吸附反应平衡常数K0=3.65。当初始Cu2+浓度为10 mg/L时,脱附率超过93%,五次吸/脱附循环后吸附容量仍保持在初始值的94%,每次吸附后溶液中残余Cu2+浓度均满足钴电解液对杂质铜离子的浓度去除要求(5 mg/L)或者GB 8978—1996污水综合排放标准3级(2mg/L),可望在相关领域发挥作用。