静电组装法制备粘土/石墨烯复合材料及其吸附水中染料性能研究

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本论文研究了带有正电荷的粘土纳米颗粒与带有负电荷的氧化石墨烯通过静电吸引实现复合的状况,并将复合物用于吸附水中染料的吸附研究。论文中选取了两种天然粘土(凹凸棒土和埃洛石)用于与石墨烯的复合。通常情况下,凹凸棒纳米短棒(ATP)和埃洛石纳米管(HNTs)表面带负电,不能与表面带负电的氧化石墨(GO)通过静电相互作用自组装的。为实现二者的静电组装过程,我们选用3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)对ATP和HNTs进行表面有机化修饰。改性后的APATP和APHNTs表面链接有末端为氨基的有机短链,在一定的pH值下会使负电性的粘土表面变为正电性的表面,从而实现粘土与GO的复合。选用天然的管状埃洛石粘土与石墨烯复合制备埃洛石/石墨烯复合材料。首先对埃洛石纳米管(HNTs)进行酸处理,然后采用硅烷偶联剂APTES对粘土外表面进行有机化修饰。改性后的埃洛石纳米管APTES-HNTs(APHNTs)由于分子末端氨基短链的存在,在酸性条件下可转化为正电。带正电的APHNTs纳米管和带负电的GO纳米片以静电相互作用复合得到APHNTs/GO复合物。采用水合肼还原复合物,使GO转化为石墨烯,最终制得HNTs@rGO复合材料(HGC)。我们对HGC用作吸附剂吸附水中的染料以及超级电容器的电极材料进行了研究,研究结果表明HGC对水中的罗丹明B(RhB)染料具有优异的吸附性能;用作超级电容器电极材料时也具有良好的电化学性能。表明HGC在废水处理和能源存储问题方面有着潜在的应用价值。选用天然纳米短棒状凹凸棒(ATP)与石墨烯(rGO)复合制备凹凸棒土/石墨烯复合材料。通常情况下,ATP的表面为负电性,实验中选用APTES来对其进行表面改性。得到的APTES-ATP(APATP)颗粒表面由于分子末端有氨基短链的存在,在一定的酸性条件下呈现正电性。通过正负电荷间静电相互作用使得带正电的APATP短棒和带负电的rGO纳米片复合。分别采用热还原法和水合肼还原法还原ATP@GO复合物制得ATP@rGO(AGC)复合材料。将AGC作为吸附剂对水中的罗丹明B(RhB)和亚甲蓝(MB)进行吸附实验,研究结果表明,AGC具有优秀的吸附性能,表明其在废水处理方面存在较大的应用价值。
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