壳聚糖功能化磁性氧化石墨烯复合材料的制备及对甲基橙的吸附

用改进Hummers方法和水热法制备壳聚糖功能化磁性氧化石墨烯(CS/MGO)复合材料,通过SEM、FTIR、XRD、BET和振动样品磁强计(VSM)对材料结构和性能进行表征和测试,并对水中甲基橙(Methyl orange,MO)吸附研究。结果表明:氧化石墨烯(Graphene oxide,GO)与壳聚糖(Chitosan,CS)成功键合,热稳定性好,被壳聚糖修饰后比表面积为36.873 m2·g?1,磁性粒子均匀分布在GO表面,磁性响应明显。考察pH值、MO初始浓度、CS/MGO复合材料添加量及再生性能对MO去除率的影响,结果表明:在pH=3、MO初使浓度为20 mg·L?1、吸附材料为0.12 g·L?1时,210 min后达到吸附平衡,经5次循环后为初使吸附容量的83.7%。吸附过程符合拟二级动力学模型,吸附等温线符合Langmuir模型,在298.15、303.15、308.15 K温度下最大吸附量分别为129.96、138.94、145.03 mg·g?1;吸附热力学表明,吸附过程为吸热、熵增自发的吸附过程。      

GO/CS的结构、性能及其在水处理中的应用研究进展

随着现代工业的快速发展,因危险化学品泄漏和溢出造成的水污染已引起全球关注.含重金属、合成染料、芳香族有机物的废水将造成严重的环境、健康和安全问题.吸附法是最经济、快速、有效的水处理方法之一.传统吸附材料(如活性炭、高岭土、聚吡咯等)对某种类型的污染物表现出高去除能力,但对其他类型污染物的去除效率较低,且存在吸附量小、物理力学性能差、可回收性差等缺点,使吸附技术面临巨大的难题和挑战.近年来,石墨烯的研究热潮推动了吸附材料的高速发展,石墨烯优越的性能使氧化石墨烯/壳聚糖(GO/CS)成为备受关注的研究热点之一.比表面积大、活性位点多的GO/CS在吸附性能方面展现出了巨大的潜力.与传统吸附材料不同的是,GO/CS物理力学性能和化学稳定性更高,并可通过结构设计(如石墨烯氧化程度的调整、氧化石墨烯和壳聚糖的改性、交联等)来改善其吸附效果.石墨烯氧化程度的增加有助于提升氧化石墨烯与壳聚糖的相容性和其与被吸附物的静电作用、氢键作用,还原程度的增加则有利于提升π-π相互作用;氧化石墨烯、壳聚糖的改性可改变复合材料表面的电荷性质,有利于吸附性能的提升;交联则有利于提升氧化石墨烯与壳聚糖的相容性,并在一定程度上增强与目标分子或离子的相互作用.GO/CS的结构决定其稳定性,还原程度的增加和交联有助于降低GO/CS的溶胀性并提升其物理力学性能.本文简要介绍了GO/CS的制备方法,探讨了结构控制与GO/CS吸附性能的关系,详细介绍了氧化石墨烯氧化程度的调整、氧化石墨烯和壳聚糖的改性、交联对吸附性能的影响,并对GO/CS的溶胀性和物理力学性能进行了分析,展望了其在水处理领域面临的机遇与挑战.     

改性壳聚糖吸附Cr(Ⅵ)的研究进展

壳聚糖是一种来源丰富、无毒无害的天然吸附材料,对污水中Cr(Ⅵ)有较好的吸附效果。介绍了Cr(Ⅵ)在水溶液中的存在形式、分析了壳聚糖吸附Cr(Ⅵ)的机理,综述了化学改性和复合改性两类壳聚糖的研究进展。详细介绍了交联改性壳聚糖、接枝改性壳聚糖、有机材料复合改性壳聚糖、磁性材料改性壳聚糖、复合载体材料改性壳聚糖的结构、活性官能团类别、吸附原理和应用。最后对改性壳聚糖的新材料研发、制备工艺优化、应用拓展等研究方向进行了展望。     

氧化石墨烯/壳聚糖生物复合材料的制备及应用研究进展

氧化石墨烯/壳聚糖复合材料是近几年发展的一种新型生物复合材料,具有独特的力学性能、吸附性能、电化学性能以及抗菌性能等。本文综述了近几年来氧化石墨烯/壳聚糖复合材料的研究进展,简单介绍了该复合材料的制备方法,详细阐述了该复合材料在高机械强度材料、废水处理、电化学传感器、生物医学材料等领域的应用研究,最后对氧化石墨烯/壳聚糖复合材料在低成本、大规模制备,复合材料的结构性质以及在新领域的应用等方面进行了展望。     

醇胺改性氧化石墨烯的制备及二氧化硫吸附性能

固体吸附剂在烟道气脱硫方面具有很大的潜力。以氧化石墨烯(GO)为基底材料,通过乙醇胺(MEA)、二乙醇胺(DEA)和三乙醇胺(TEA)对氧化石墨烯进行改性,得到了GO-MEA、GO-DEA和GO-TEA三种用于吸附SO_2的固体吸附剂。利用扫描电镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、X射线光电子能谱(XPS)、能量色散X射线能谱(EDS)、元素分析(EA)等手段对其进行表征,并采用称重法测定了醇胺改性氧化石墨烯对SO_2气体的吸附性能。结果表明,醇胺改性氧化石墨烯对SO_2的吸附性能相比未改性氧化石墨烯有较大提高,其中GO-DEA的SO_2吸附性能最好,15h后平衡吸附量达到188.5mg/g。在130℃、真空条件下进行解吸,经过五次循环之后吸附量依然保持在165.3mg/g。     

琥珀酰化壳聚糖/石墨烯复合材料的制备及对酸性品红的吸附

以壳聚糖为原料,通过琥珀酸酐与活性白土、氧化石墨烯进行化学改性处理,制备琥珀酰化壳聚糖/石墨烯复合材料。利用红外光谱仪、热失重分析、扫描电镜等对该复合材料的结构、性能及形貌进行表征,并通过紫外-可见分光光度计对其吸附酸性品红的性能进行探讨。结果表明:复合材料具有比表面积较大和活性位点较多的疏松多孔的结构;在投加量为0.1g,吸附时间为45min,pH=6,初始浓度为20mg/L时,对酸性品红的吸附效果最佳,最大去除率达99.1%。壳聚糖和石墨烯的引入改变了活性白土在水中的分散状态,对酸性品红的吸附能力得到提高,吸附行为符合Langmuir等温吸附模型。实验表明,该复合材料具有较好的重复利用性。     

TiO2/石墨烯复合材料的制备及其光催化性能

本文以氧化石墨烯和钛酸丁酯为原料,利用水热法一步制备了TiO2/石墨烯复合光催化材料,研究了氧化石墨烯用量、反应温度、反应时间对TiO2/石墨烯复合材料光催化活性的影响。采用XRD,SEM,TEM和氮气吸附-脱附实验(BET)对复合光催化材料的物相、颗粒粒径、形貌及比表面积进行了表征。结果表明,本实验最佳条件是:氧化石墨烯1mg,制备温度为180℃,反应时间为16 h。产物中的TiO2为锐钛矿晶型,其平均粒径约为18 nm。复合材料的比表面积为170m2/g,平均孔径为12.45 nm。在可见光照射(λ>420nm)下以TiO2/石墨烯为光催化剂对有机染料罗丹明B(Rhodamine B,RhB)进行光催化降解,其光催化活性明显高于相同条件下制备的TiO2。     

石墨烯-纳米SiO_2气凝胶对巴豆醛的吸附性研究

为探索新型吸附材料,通过修正Hummers氧化法制备氧化石墨烯,利用葡萄糖作还原剂还原氧化石墨烯,同时作交联剂连接石墨烯纳米片层,再加入SiO_2纳米粉体以构筑具有三维多孔结构的石墨烯-纳米SiO_2气凝胶。通过扫描电子显微镜和全自动比表面分析仪,对石墨烯-纳米SiO_2气凝胶的表面形貌及微观结构进行观察和表征,采用自制吸附测试装置研究其对巴豆醛挥发性有机化合物吸附特征。结果表明,石墨烯-纳米SiO_2气凝胶呈三维多孔结构,为吸附提供较大的比表面,复合气凝胶中SiO_2纳米粉体最佳的添加量为58.8%,其对巴豆醛最大吸附值为127.1 mg/g。     

功能化氧化石墨烯/壳聚糖纳米复合材料的制备及力学性能研究

以壳聚糖为基体、氧化石墨烯为活性增强相,采用溶液复合的方法制备了氧化石墨烯/壳聚糖纳米复合材料。为使氧化石墨烯均匀地分散在壳聚糖溶液中,对氧化石墨烯的表面进行了功能化处理。通过TEM、SEM、XRD、TGA和力学实验对氧化石墨烯的分散性,复合材料的结晶性能、热性能和力学性能进行了分析。研究结果表明,表面处理后的氧化石墨烯均匀分散于壳聚糖溶液中,未出现絮凝和团聚现象,复合材料中氧化石墨烯也以层片堆叠的方式存在。复合材料中壳聚糖基体的结晶峰位置和结晶度不随氧化石墨烯的加入而改变。复合材料的杨氏模量随着氧化石墨烯含量的增加而提高,断裂伸长率随氧化石墨烯含量增加而降低;当氧化石墨烯含量达到5%(质量分数)后,材料由韧性变为脆性,强度降低。复合材料的热稳定性随着氧化石墨烯含量的增加而提高。     

中空磁性氧化石墨烯的制备及其对亚甲基蓝吸附性能

用共沉淀法将Fe3O4沉淀在PS微球上并用甲苯去除PS制备出Fe3O4@PS,再用超声将用Hummers法制备的氧化石墨烯包裹在Fe3O4@PS表面制备出中空磁性氧化石墨烯,研究了这种复合材料对模拟亚甲基蓝废水的吸附.结果 表明:在55℃,用中空磁性氧化石墨烯对亚甲基蓝染料吸附60 min达到平衡,最大吸附量为349....     

β-环糊精改性磁性壳聚糖微球对亚甲基蓝吸附性能研究

以壳聚糖、四氧化三铁(Fe_3O_4)和β-环糊精为原料,三聚磷酸钠和环氧氯丙烷为交联剂,采用离子交联法制备β-环糊精改性磁性壳聚糖微球,考察了改性微球对亚甲基蓝的吸附性能及吸附机理。结果表明:改性微球对亚甲基蓝的吸附量随着pH值的升高而增加,随着温度的升高而降低;亚甲基蓝在改性微球上的吸附等温线可用Langmuir方程模拟,吸附动力学符合拟二级动力学方程。在吸附温度为20℃,吸附时间为100min,pH值为8时,改性微球对亚甲基蓝吸附量和脱色率分别达到123.70mg/g和98.96%。用0.01mol/L硝酸(HNO_3)溶液对吸附饱和的改性微球进行解吸,经过3次重复试验后,对亚甲基蓝的吸附量和脱色率是首次的93.69%,再生效果较好,可重复使用。     

氧化石墨烯/壳聚糖复合材料的制备及其吸附铜离子应用研究

首先以石墨粉为原材料,通过Hummers方法合成了氧化石墨烯(GO);将GO溶胶与预处理的壳聚糖(CS)进行复合,制得GO/CS复合吸附材料,通过SEM扫描电镜对材料进行了表征,并就其对水中铜离子(Cu2+)的吸附性能进行了研究。结果表明,复合材料的最佳吸附条件为pH=9,用量为20mg,吸附时间为10min,吸附率达88%。吸附过程的研究显示,该吸附行为符合Freundlich等温线模型。材料重复使用5次,吸附效果无下降,可用于水中微量Cu~(2+)的吸附。     

石墨烯基吸附剂的特性、吸附原理、改性复合及 研究方法

石墨烯具有独特的结构和优异性能,适合用作水处理吸附材料。介绍了与吸附相关的石墨烯的结构及特性,石墨烯基材料对不同污染物的吸附原理;基于石墨烯的性质和结构特点,对石墨烯基材料的改性、复合方法及其研究方法作了较详细论述。鉴于石墨烯基材料再生性能的重要性,对磁性石墨烯及三维石墨烯吸附材料作了简单介绍,最后对石墨烯基吸附剂研究的发展方向作了展望。     

氨基化石墨烯气凝胶的制备及其对Cr(Ⅵ)吸附性能研究

以四乙烯五胺(TEPA)为氮源和改性剂,对氧化石墨烯(GO)进行氨基化改性,通过一步水热法制备四乙烯五胺-石墨烯气凝胶(TEPA-GA),采用FT-IR、XRD、拉曼光谱、SEM、XPS、TG等方法对产品的化学结构与形貌进行表征及性能检测。结果表明,通过TEPA成功将GO进行氨基化改性,并制备出具有多孔互穿网络结构的TEPA-GA,其具有超轻、密度小及热性能优异等特点。再将TEPA-GA用于对Cr(Ⅵ)的吸附研究,发现在最佳吸附条件下,吸附容量高达342.48mg/g。     

铜离子印迹磁性复合吸附剂的制备

为了有效地提高废水中吸附剂对铜离子的吸附性能,降低重金属离子对水体的污染,以Cu(Ⅱ)为印迹离子,壳聚糖为印迹母体材料,青霉属菌丝体为核心,纳米Fe3O4为磁组分,制备了铜离子印迹磁性复合吸附剂(Cu(Ⅱ)-IMB).研究了复合吸附剂的制备方法及制备条件与Cu(Ⅱ)吸附性能的关系,并通过响应面分析法(Response Surface Methodology,RSM)优化确定了复合吸附剂制备的最佳工艺条件.实验表明,以硫酸铜中Cu(Ⅱ)为印迹模板,2g菌丝体/0.2gCS,交联剂环氧氯丙烷加入2.99g,Fe3O4加入0.505g,印迹铜离子质量为25.245mg时,所制备Cu(Ⅱ)-IMB对铜离子去除率达82.85%(质量分数),吸附容量33.8mg/g,可重复使用5次以上.用铜离子印迹磁性复合吸附剂物理吸附方法去除水体中重金属离子成本低廉,磁性回收方便,选择吸附性能好、无污染,在废水处理中具有广阔的应用前景.     

氧化石墨烯及其与聚合物的复合

石墨烯是单原子厚度的二维碳原子晶体,也是性能优异的新型纳米复合填料.近三年来,石墨烯从概念上的二维材料变成现实材料,在化学和物理学界均引起轰动.通过述评氧化石墨及氧化石墨烯的制备、结构、改性及其与聚合物的复合,展望了石墨烯及其复合材料的研究前景,认为通过机械剥离氧化石墨可规模化制备氧化石墨烯,进一步将其化学改性并制备复合材料已取得较大进展,这一途径被认为足石墨烯规模化应用的战略起点.     

制备方法对氧化石墨烯氧化程度及对Th(IV)、U(VI)吸附的影响

采用Hummers方法、优化Hummers方法及改进Hummers方法合成氧化石墨烯, 并通过FT-IR、TGA、XRD、XPS、SEM以及元素分析等手段对制备产物进行了表征。结果表明, 利用优化Hummers方法制备得到的氧化石墨烯具有较高的氧化程度。三种产物对Th(IV)、U(VI)的等温吸附实验结果表明, 采用优化Hummers方法制备的氧化石墨烯对Th(IV)的最大吸附量为192.3 mg/g, 相比于Hummers方法制备产物的吸附能力提高了38.5%; 对U(VI)的最大吸附量为156.2 mg/g, 吸附能力提高了28.1%, 三种样品对Th(IV)、U(VI)的吸附都更加符合Langmuir等温吸附模型。此外, 考察了优化Hummers方法制备的氧化石墨烯吸附Th(IV)、U(VI)的动力学和热力学参数, 证实氧化石墨烯吸附Th(IV)、U(VI)符合准二级动力学方程, 是自发吸热行为。     

聚二甲基硅氧烷改性多孔石墨烯复合相变材料

采用碳酸钙作为硬模板制备出孔直径为0.5~5 nm的多孔石墨烯,并以聚二甲基硅氧烷(PDMS)气相沉积改性提高多孔石墨烯的亲油性,接触角为152.3°。经熔融浸渍法制备PDMS改性多孔石墨烯/棕榈酸复合相变材料,棕榈酸的吸附量达80.2%,将石墨烯的多孔结构完全填充均匀。X射线衍射测试相变材料的结晶性质没有变化;差示热扫描热量分析表明,经PDMS改性后的多孔石墨烯复合相变材料在熔融和结晶过程中,相变焓分别为170.1 k J·kg-1和167.8 k J·kg-1,可望应用于余热回收和太阳能贮存等领域。     

石墨烯改性聚丙烯复合滤料的制备及其过滤性能

针对现有PM2.5滤料使用寿命短等问题,制备了石墨烯改性聚丙烯复合滤料。首先采用改进Hummers法制备氧化石墨烯,并用原子力显微镜、X射线衍射仪和拉曼光谱对其进行表征,结果表明成功制备出高单片层率的氧化石墨烯;然后将氧化石墨烯与聚丙烯非织造材料复合,制备石墨烯改性聚丙烯复合滤料,并表征复合滤料的结构和过滤性能。结果表明:复合使滤料对2.0μm以下微粒的过滤效果增强,且浓度每提升一个等级,过滤效率平均提升5%。浸渍浓度为0.8g/L的MS-8滤料过滤效率最高,与原样相比过滤效率平均提升了8.9%,其过滤阻力仅提高了6Pa,透气率降低了4mm/s。     

M-GO/SA/SIR导热界面材料的制备及其性能

采用液相吸附法制备了改性氧化石墨烯(m-GO)与硬脂酸(SA)复合相变材料m-GO/SA,然后将其与硅橡胶(SIR)混合成型制备出导热界面材料m-GO/SA/SIR,研究了m-GO/SA的添加量对硅橡胶导热界面材料的热性能和压缩弹性模量的影响。利用红外光谱(FTIR)和扫描电镜(SEM)对氧化石墨烯(GO)的改性机理与m-GO/SA的形貌进行表征,通过激光导热仪,差示扫描量热仪(DSC)和万能试验机考察了m-GO/SA/SIR的热导率,潜热值及压缩弹性模量。结果表明:添加20mL GO水溶液(10mg/mL)的m-GO/SA相变潜热可达到131.9J/g,加入50.0wt.%m-GO/SA的m-GO/SA/SIR热导率和相变潜热值分别可达到1.049W/m·K和49.9J/g。同时,相比于纯硅橡胶,界面材料的压缩弹性模量降低了86.8%。