基于氧化石墨烯的功能复合材料对水中有机污染物的快速去除研究

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有机污染物对水体的污染严重威胁着人类的生存与健康,如何快速、高效、简便的净化含有机污染物的污水一直是研究者们关心的课题。氧化石墨烯类材料由于其具有比表面积大、官能团丰富、改性简便、成本较低等优点而受到广泛关注,以其作为基础材料制备的吸附材料和膜材料等在污水处理领域已得到实际应用。环糊精是最常见的一类主体分子,由于具有疏水空腔和大量羟基官能团常被应用于吸附水中的有机污染物。金属有机框架材料(MOF)具有种类多样、比表面积大、孔道丰富、易于化学改性等优点,一直以来在吸附领域应用广泛。但是这两者与氧化石墨烯的复合材料在水处理领域的应有还有巨大潜力可挖,特别是应用该类材料快速过滤去除有机污染物的研究还不多。为了充分发挥这些材料的优良特性,开发新型水处理材料,实现快速、高效去除水中有机污染物的目标,本论文对环糊精修饰的还原氧化石墨烯膜材料和MOF与氧化石墨烯的复合材料在快速过滤净水方面展开了研究探索,得到了以下创新性研究结果:(1)设计制备了环糊精修饰的还原氧化石墨烯膜材料CD-RGO膜,该膜在过滤净水方面展现出高有机污染物去除率和超大水通量的双重优点。对氧化石墨烯的还原降低了石墨烯片层与水的相互作用,使水在流经膜内孔道时不受阻力地快速通过,由此能在不降低对污染物去除率的同时极大的提高水通量。环糊精在氧化石墨烯表面形成了纳米团簇结构,不仅防止了石墨烯片层的堆叠,还提供了疏水空腔与大量羟基基团,赋予材料很好的吸附性能。本工作为开发超高通量的石墨烯基膜材料提供了研究思路和实验基础。(2)制备了铁原子作为配位中心的羧基修饰的MIL-53与氧化石墨烯的复合物MOF-GO。研究证明氧化石墨烯与MOF形成了由化学键紧密连接的复合物,材料具有褶皱的微观形貌和较大的比表面积。该材料因MOF的孔道结构与羧基基团的静电吸引的双重作用而表现出可快速过滤去除水中各类有机染料的优良性能。本工作为MOF与石墨烯的复合材料在净水领域的应用提供了新思路。
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