电增强石墨烯对罗丹明B的吸附性能研究

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近年来我国染料生产工业发展迅速,在染料生产与使用过程中有大量的染料随废水排放到环境中,对生态环境与人体健康造成严重危害,本研究以罗丹明B染料为例,利用电吸附技术对罗丹明B染料废水进行处理。作为一种新型纳米材料,石墨烯(Gr)具有高导电率、大的比表面积和良好的化学稳定性等优异特性,这些特性为石墨烯在电吸附领域的研究中提供了优良的基础条件,但目前石墨烯在电吸附领域中的应用却尚不多见。在本研究中,以制备的Gr/Ti电极为工作电极,对罗丹明B(RhB)有机染料进行电吸附研究。并考察了最佳优化条件下,Gr/Ti电极对RhB的吸附性能,以及电极的重复利用性。根据以上研究目的,本研究开展了如下工作:(1)采用改进的Hummers法,经历高温、中温及低温反应阶段后制备石墨氧化物,再将其还原,制备出纯化的石墨烯。后以打磨好的金属钛片(Ti)作为基底材料,利用沉积法制备Gr/Ti电极。同时,本研究选择使用循环伏安曲线(CV)、傅里叶红外光谱(FTIR)和扫描电镜(SEM)对Gr以及Gr/Ti电极进行了表征分析。(2)Gr/Ti电极制备完成后,分别考察pH、电解质浓度、外加电压、温度及初始吸附质浓度等外部因素对RhB电吸附效果的影响。实验结果表明,当电解质浓度为0.01 M,温度为293 K,pH为7.3时,在外加电位为-600 mV,溶液初始浓度为10 mg.L-1的条件下,吸附平衡时间为3 h,吸附总量达44.46mg·g-1,为开路吸附时的3.12倍。(3)本研究描绘目标物电吸附时的吸附等温线,并且进行了吸附动力学和吸附热力学分析。结果表明,在最佳操作条件下,该吸附过程的吸附等温线符合Langmuir吸附等温模型,在吸附动力学方面,该吸附过程较好的符合Lagergren二级吸附动力学速率方程,说明该实验具有有良好的吸附热力学与吸附动力学研究价值。同时,电吸附过程是一个迅速的且自主进行的吸热过程,没有发生氧化还原反应。(4)对Gr/Ti电极再生实验发现,在10V的外加电压下,Gr/Ti电极的再生率达90%以上,10次电吸附/再生循环后,再生效率仍能达65%以上,由此可见,石墨烯电极展现了良好的可重复利用性。本研究利用新型电吸附系统,在动态模式下用Gr/Ti电极对罗丹明B进行电吸附实验,并取得良好效果,为石墨烯的实际应用性与大规模生产提供了理论支持。
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