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。     

三维石墨烯材料的制备及在水处理中的应用研究进展

随着经济的快速发展,越来越多的污染物质进入水体,污染环境,危害人体健康,污染废水亟待净化处理。在众多污水处理方法中,吸附法因经济、高效而被广泛使用。相较于传统吸附剂,石墨烯材料作为一种新型碳材料,具有比表面积大、化学稳定性好、含氧官能团丰富、可修饰性强等优点,对水体中的污染物具有较强的吸附能力。但二维石墨烯材料因片薄、粒径细小,在吸附污染物后较难实现固液分离,从而产生二次污染。将二维石墨烯组装成三维多孔网状聚集体,不仅能有效阻止石墨烯结构层的堆积,促进污染物的扩散吸附,还有利于吸附污染物后的固液分离。因此,在水污染处理领域,三维石墨烯吸附材料逐渐成为研究的焦点。三维石墨烯材料是以(氧化)石墨烯为主体交联形成的多孔网状宏观体新材料,继承了本征石墨烯良好的理化性能。其多孔网状纳米结构赋予自身较高的孔隙率和较快的溶质传输速度等特性,使其在水污染处理中具有良好应用前景。利用不同的化学物质,采取不同的制备方法对石墨烯材料进行接枝改性、掺杂复合等,可促进石墨烯三维宏观结构和微观孔隙结构的形成。综合国内外研究成果发现,三维石墨烯主要通过静电相互作用、π-π堆叠作用、疏水作用、氢键作用和络合作用等与污染物质结合,实现污染物的去除。对于阳离子污染物质,增加三维石墨烯材料表面的活性基团及吸附位点,可有效提高其对阳离子物质的吸附容量,优化其耐酸碱性,并提高吸附质的脱附率。而疏水亲油的三维石墨烯材料是去除油类污染物质的理想吸附材料,提高其孔隙率、比表面积和机械强度可大幅提高吸附材料的吸附性能,增强其弹性强度及热稳定性可显著提高其循坏再生性能。基于水环境污染治理的迫切需求以及三维石墨烯材料优异的吸附性能,本文从水污染治理角度出发,系统总结了水热自组装法、溶剂热自组装法、化学气相沉积法、有机高分子模板法和冰模板法等制备三维石墨烯材料的机理,综述了三维石墨烯材料在含染料、油污等有机污染物以及重金属离子废水中的吸附应用,并对其研究前景和发展趋势进行了展望。     

石墨烯及复合材料的吸附作用与研究进展

目的概述几种石墨烯及其衍生物吸附材料的研究现状,旨在为石墨烯应用方面提供一定的研究思路。方法通过对近年来国内外相关文献的分析和总结,介绍石墨烯基材料在吸附方面的研究进展,讨论其吸附机理和影响因素。结论由于石墨烯基复合材料的比表面积较大,因此具有良好的吸附性能,可用于污水处理。同时,在包装运输过程如液体产品的外包装发生损坏时,石墨烯基吸附材料可吸附残液,防止污染到其它内装物。     

石墨烯复合材料对水中金属离子的吸附研究进展

石墨烯是一种新型的纳米材料,具有一些独特的物理和化学性质,如高机械强度、良好的导电导热性、比表面积、化学稳定性好等。关于石墨烯的应用涉及到电子、信息、能源、材料、催化和生物医药等多个领域。概述了近年来石墨烯复合材料在水处理过程中对重金属离子的吸附研究,内容有石墨烯复合材料的制备及它们的吸附效果、吸附机理、吸附动力学、热力学,并就今后石墨烯复合材料在水处理过程中的应用进行了展望。     

氧化石墨烯复合材料吸附铀的研究进展

氧化石墨烯由于具有超大的比表面积、高强度和化学稳定性好等优点,其在环保领域作为含铀废水吸附材料的应用潜能备受关注。本文综述了近年来石墨烯基复合材料吸附水溶液中铀的研究现状及进展,介绍了石墨烯基复合材料对铀的吸附性能,分析了溶液pH值、温度、离子强度、接触时间和吸附剂用量等因素对吸附效果影响的原理,阐述了通过表面络合模型,光谱分析和理论计算等方法探讨氧化石墨烯复合材料的微观形貌结构与铀吸附效果之间的内在联系,最后研究了氧化石墨烯复合材料吸附铀研究中面临的挑战,对石墨烯材料与轴的相互作用机理及其在环保方面的开发应用进行了展望。     

石墨烯海绵的制备与性能及在环境修复中的应用研究进展

石墨烯海绵是一种新型的多孔三维结构材料,具有比表面积大、吸附能力强、力学强度高、易于制备等优良特性。这些独特的性质使得石墨烯海绵吸附材料成为环境污染处理中的热点,同时也在很多领域里有着广泛的应用。概述了石墨烯海绵的两种不同制备方法及其对环境中的有机溶剂、重金属离子、抗生素以及染料的吸附研究,并进一步展望了石墨烯海绵在其他领域的潜在应用。     

石墨烯及其复合材料在重金属离子吸附方面的应用

重金属污染是目前最为严峻的环境污染问题之一,因此,寻找高效的纳米材料去除水中的重金属变的尤为重要。作为碳系家族的新成员,石墨烯已经成为万众瞩目的研究热点。由于具有超大的比表面积、较高的机械强度和稳定的化学性质等突出优势,石墨烯不仅在场效应晶体管、催化、药物输送等领域应用前景广阔,而且作为吸附材料在重金属离子处理方面的潜能也备受关注。综述了近年来有关石墨烯及其复合材料吸附水溶液中重金属离子的研究,系统介绍了石墨烯基材料对重金属离子的吸附效果、吸附机理、影响因素,及该材料的脱附再生性能。最后,对石墨烯及其复合材料研究过程中的挑战进行了评述,同时对它们在水处理过程中的应用前景做了深入探讨和展望。     

基于石墨烯吸附净化材料的研究进展

石墨烯是一种片层状高比表面积碳材料,理论比表面积可达2 630 m2/g,具有非常高的吸附容量、良好的化学稳定性及机械性能等。有关石墨烯的发展和应用已成为当前的热点研究课题之一。详细讨论了石墨烯及其复合物在吸附重金属离子、有机污染物、有毒气体中的研究进展。最后对石墨烯及其复合物在吸附方面中的发展与应用做出了评价,同时对它们在吸附上的应用前景做了展望。     

多孔石墨烯制备及其纳米复合材料的研究进展

多孔石墨烯是一种在石墨烯二维纳米基面上具有纳米孔隙或三维网络结构的多孔碳材料,不仅保留了石墨烯的本征性质,更赋予材料较大的可接触面积和丰富的孔隙结构,这些孔隙的存在有利于物质运输和筛分,使得石墨烯及其复合材料在纳米粒子负载、物质运输、吸附、分离等方面展示出广阔的应用前景。综述了多孔石墨烯的制备方法,包括活化法、冷冻干燥法、模板法和沉积法,以及多孔石墨烯在超级电容器、锂-氧电池、吸附、分离领域的应用现状,并展望了未来的发展方向。     

基于海藻制备超级电容器用三维多孔石墨烯

以海藻作为固相碳源,利用海藻对金属离子具有吸附性能的特点,在未进行生物质材料改性的条件下,实现海藻生物质材料对催化剂金属离子的均匀吸附.本文结合原位高温金属催化和化学活化的方法制备三维多孔石墨烯,并研究了其作为超级电容器电极材料的电化学性能.通过扫描电镜、透射电镜、X射线衍射、拉曼光谱、氮气吸附等手段对三维多孔石墨烯的形貌与结构进行表征分析.研究结果表明,制备的三维多孔石墨烯具有片层状三维网络结构,且片层较薄,并具有较高的石墨化程度,其比表面积达到1 700 m~2/g,孔径分布主要在2~10 nm.以该三维多孔石墨烯材料作为超级电容器电极材料,进行电化学性能表征,发现在较低的电压扫速下得到的比电容量为90 F/g,同时,该材料还具有较高的能量密度和功率密度.以海藻为固相碳源制备得到的三维多孔石墨烯材料在超级电容器领域具有一定的应用前景.     

4d过渡金属掺杂石墨烯对HCN吸附行为的第一性原理研究

采用第一性原理的密度泛函理论方法研究了掺杂Y、Zr、Nb、Mo、Tc和Ru的石墨烯体系对氰化氢(HCN)的吸附作用。首先考察了HCN分子中H、C或N原子分别靠近吸附点的三种吸附构型。然后比较了吸附HCN前后掺杂石墨烯的能带变化。研究结果表明,掺杂Mo和Ru的石墨烯吸附HCN后的带隙大小变化大于20%,并表现为半导体行为,说明吸附后掺杂石墨烯的电导性能受影响较大。此外,进一步研究了掺杂Mo和Ru的石墨烯吸附HCN的过程,讨论了吸附能、带隙、晶格常数、HCN电荷和键长的变化,并分析了掺杂Mo和Ru的石墨烯的振动特性。研究表明,掺杂Mo和Ru的石墨烯对HCN的吸附非常敏感,这可能是开发HCN传感器的有用材料。     

石墨烯量子点/纤维素复合气凝胶材料的制备及其吸附性能研究

目的以石墨烯量子点为填充材料,纤维素为基体,制备石墨烯量子点/纤维素复合气凝胶。方法以原生木浆纤维为原料,氯化锌溶液为溶剂来溶解纤维素,以无水硫酸钠为成孔剂,石墨烯量子点为填充材料,经水洗固化、低温冷冻干燥制备纤维素气凝胶复合材料。利用扫描电镜、X射线衍射、红外光谱、吸附实验等研究气凝胶的微观结构和对甲基蓝的吸附性能。结果制备的气凝胶材料具有三维多孔结构,大孔较多,密度低,纤维素气凝胶的密度为0.113 g/cm^3,吸附率为5.85%;复合气凝胶的密度为0.116 g/cm^3,吸附率为11.22%。结论石墨烯量子点的加入改善了纤维素气凝胶对甲基蓝的吸附效果。     

利用氧化石墨烯复合膜吸附去除水中重金属离子的研究进展

氧化石墨烯作为一种独特的碳纳米材料,具有很高的比表面积,且其表面含有丰富的羟基、羧基等含氧基团,被认为是一种得天独厚的吸附材料,在净化水体方面有着广阔的发展前景。目前,为进一步提高氧化石墨烯对重金属离子的选择吸附性,氧化石墨烯被辅之以其他功能化材料,来制备复合材料。此外,膜分离技术在解决水环境问题上效果显著,因此将氧化石墨烯复合材料与膜分离技术相结合,来制备氧化石墨烯复合膜,对净化水体起到了事半功倍的效果。本文综述了氧化石墨烯复合膜材料的制备方法,并对其去除水中重金属离子的研究进展与吸附机理进行了综述,也对后续研究方向进行了展望。     

石墨烯基电容去离子电极材料的制备及其性能

石墨烯是2004年制备出的单层碳原子二维材料,具有比表面积大、导电性高等优点,近年来在电容去离子中作为电极材料的潜力逐渐受到关注。总结了自2009年第1篇相关文献发表以来石墨烯或其复合物(统称为石墨烯基电极材料)作为电容去离子电极材料的文献。首先总结了石墨烯基电极材料的制备技术;之后对石墨烯基电极材料的电极性能参数(比电容、比表面积、平均孔直径、导电性等)进行了归纳和比较;进一步讨论了不同石墨烯基电极材料应用于电容去离子的电吸附性能,并与其它碳电极材料作了对比;最后对石墨烯基电极材料用于电容去离子的研究方向作了展望。     

多维度石墨烯材料在水处理中应用研究进展

水是生命之源,随着社会和科技的不断发展,水资源短缺、水体污染等问题也不断加重,开发高效、低耗能的水处理技术成为研究的热点。近年来,石墨烯材料因其独特的二维结构和优异的物理化学性质被认为是水处理技术的理想材料,其在吸附、膜过滤等水处理领域的潜能也被不断开发。综述了石墨烯及其衍生物的独特结构及其在水处理领域中呈现的优异性能,从实际应用的角度出发将石墨烯材料以宏观维度进行分类,总结概括了石墨烯粉末、一维石墨烯纤维、二维石墨烯薄膜、三维石墨烯凝胶的制备方法,并对多维度石墨烯材料在吸附、电容去离子、膜过滤、微生物燃料电池领域的应用现状进行了系统总结和归纳。最后,总结了石墨烯材料在水处理领域应用中所面临的问题和挑战,并展望了石墨烯材料在水处理领域的应用前景。     

石墨烯基纳米材料吸附去除有机污染物的研究进展

将石墨烯与金属氧化物/有机物复合,改善其吸附性能,已成为新型吸附材料的研究热点之一。吸附技术除去环境中的不同种类的有机污染物通常简单有效。在过去的几年中,许多研究重点在于石墨烯或者其复合物在空气和水溶液中离子处理方面的应用。详细阐述了石墨烯基纳米材料对水体有机污染物的吸附研究进展,并分析了影响因素和吸附机理,最后展望了石墨烯基纳米材料吸附应用的前景。     

类石墨烯二维材料及光电器件应用研究进展

二维层状材料是具有单原子层或几个原子层厚度的平面材料,有着特殊的物理化学性能,在光电功能器件、吸附与分离、催化等领域具有重要应用前景,是目前国际研究的前沿和热点领域之一。其中,石墨烯是最先受到人们重视的二维材料,随即以过渡金属硫化物为主的类石墨烯二维光电功能材料也被广泛研究。近年来黑磷的发现也极大促进了二维光电材料的研究和发展。二维光电材料中石墨烯及类石墨烯硫化物的研究及其光电功能器件应用现状进行简单综述,并对其应用趋势进行展望,为光电材料研究领域的研究提供参考。     

氧化石墨烯基复合材料对重金属吸附性能研究

近年来,重金属水污染问题突出,给环境和人类健康带来了严重的危害.常规的处理方法可以达到比较好的处理效果,但也会带来一些二次污染等其他问题.因此本文基于氧化石墨烯吸附剂,对其进行改良制得氧化石墨烯-MoS2气凝胶(简称为GMAs),并进行了表征分析和对重金属离子吸附试验,所制得的GMAs对汞离子、铅离子等污染物表现出较高的吸附能力.用MoS2修饰过的氧化石墨烯材料吸附重金属离子的吸附量比未修饰的石墨烯高出5倍;氧化石墨烯-MoS2对汞离子的吸附量达到1245mg/g.另外发现氧化石墨烯-MoS2对有机溶剂和有机染料也具有良好的吸附效果.     

中航工业北京航空材料研究院石墨烯研究取得突破性进展

<正>石墨烯因强度高、韧性好、导电导热性能优而受到广泛的关注,最近中航工业北京航空材料研究院在石墨烯用于净化环境、锂电池阳极材料、电线电缆和封装材料方面取得突破性进展。(1)超轻、强吸附的石墨烯宏观体环境净化材料据本项目组负责人杨程博士介绍,研究团队已研制出一系列可用于净化环境的超轻、强吸附、高过滤的石墨烯海绵、石墨烯气凝胶和石墨烯纤维多孔材料等石墨烯宏观体材料。实验结果表明:这些材料对甲醛、二氧化硫、     

金原子修饰的石墨烯片对半胱氨酸的响应机理的第一性原理研究

使用密度泛函理论研究了本征石墨烯和经过金原子修饰的石墨烯吸附半胱氨酸的构型和电子性质.对比本征石墨烯,修饰金原子后的石墨烯与半胱氨酸之间有较强的结合能力和较短的连接距离,发生的是化学吸附.态密度的计算结果也显示半胱氨酸与金修饰后的石墨烯轨道之间存在显著的杂化现象,而本征石墨烯轨道杂化现象不明显.本征石墨烯与半胱氨酸发生的是物理吸附.预测相比于本征石墨烯,金修饰后的石墨烯是一种潜在的、更高灵敏度的半胱氨酸检测材料.