摘 要

因为石墨烯具有完全二维性的结构以及良好的静电吸附性能，氧化石墨烯与石墨烯有许多相同的结构，除此之外还含有大量的含氧官能团，所以它的吸附性能在被发现的时候就得到了科学家的关注。本实验以不同纯度的隐晶质石墨为原料，采用Hummers法制备氧化石墨烯，研究含金属杂质氧化石墨烯对亚甲基蓝的吸附行为，脱附行为（脱附剂种类）对含金属杂质离子氧化石墨烯吸附性能的影响。实验条件在固定碳含量为99%，吸附时间240分钟时最大吸附量为609.86mg/g。明显的吸附效果主要归结于石墨烯表面含有的共轭大π键结构，可以与亚甲蓝苯环上的π-π键发生相互作用，以及亚甲基蓝作为阳极染料与氧化石墨烯所带负电之间的静电作用。

关键词：吸附；氧化石墨烯；亚甲基蓝；脱附

Abstract

Because graphene has a complete two-dimensional nature of the structure, and good electrostatic adsorption properties of graphene and graphene oxide have many of the same structure, in addition to containing a large amount of oxygen-containing functional groups, so its adsorption properties in its study find the beginning has been widespread concern. In this experiment, different purity aphanitic graphite as raw material, graphene oxide prepared Hummers Method, study graphene oxide metal-containing impurities on the adsorption behavior of methylene blue, desorption behavior (desorbent species) of the metal-containing impurity ions are oxidized graphite ene adsorption properties. Experimental conditions fixed carbon content of 99%, the maximum amount of adsorption of the adsorption time of 240 minutes was 609.86mg / g. A significant amount of adsorption is mainly due to the large π conjugated bond structure of graphene has, through π-π interaction effect occurs with methylene blue, and methylene blue dye as the anodic oxide graphene brought negative electrostatic interaction between the electrical .

Key Words：adsorption；grapheme oxide； methylene blue；stripping

目录

摘要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2石墨烯 1

1.3氧化石墨烯 2

1.4石墨烯的制备 3

1.4.1机械剥离法 3

1.4.2 氧化还原法 3

1.4.3 化学气相沉积法 3

1.4.4 加热SiC法 4

1.4.5 其他方法 4

1.5 石墨烯在吸附中的应用与发展 4

1.5.1 石墨烯吸附重金属离子 4

1.5.2 石墨烯吸附有机污染物 5

1.5.3 吸附有毒气体 5

1.6 实验方案 5

1.7研究意义 6

第2章 氧化石墨烯的制备与表征 7

2.1 氧化石墨烯的制备 7

2.1.1 实验原料与试剂 7

2.1.2 主要设备仪器 8

2.1.3氧化石墨的制备 8

2.1.4氧化石墨的剥离 9

2.2 氧化石墨烯的表征方法 10

2.2.1原子力显微镜（AFM） 10

2.2.2傅里叶变换红外光谱分析 12

2.2.3 X射线衍射测试 13

2.2.4 氧化石墨烯的UV全扫实验 14

第3章 氧化石墨烯对亚甲基蓝溶液吸附行为研究 16

3.1 MB溶液浓度-吸光度标准曲线的绘制 16

3.1.1 MB溶液的UV全扫实验 16

3.1.2 标准曲线的绘制 16

3.2 不同纯度氧化石墨烯MB溶液吸附实验 17

3.3等温吸附拟合实验 18

3.4 氧化石墨烯吸附亚甲基蓝动力学实验 20

3.5 吸附动力学模拟 21

3.6 解吸行为对氧化石墨烯吸附性能的影响实验 23

3.6.1 氧化石墨烯HCl吸行为对氧化石墨烯吸附性能的影响 23

3.6.2 氧化石墨烯EDTA解吸行为对氧化石墨烯吸附性能的影响 26

3.7 机理分析 29

第4章 结论 31

参考文献 32

致 谢 34

第1章 绪论

1.1 引言

因为世界人口数量的增长和有机工业的迅速发展，有机污染问题引起了全世界的广泛关注，尤其在工业中，有机废水的排放量占到了所有废水的十分之一。目前，全球公用的污水处理法有以下几种：膜分离法 ^[1]、微生物处理法^[2]、光催化降解法^[3]、吸附法^[4]。其中，最后两种方法，具有较低的消耗、很高的效率、便于实际操作等特点，被科学界大量研究和反复探索^[5-6]。吸附法废水进化中具有起效迅速，处理量大，没有二次污染等优点，处理后的水体污染情况好转且稳定。

目前，工业除污中最常用的是活性炭吸附剂^[8]，它拥有性能稳定可靠、吸附的容量大、解吸容易、抗酸碱，多级使用后仍可保持较良好吸附性能的优点，具有循环使用的特点，但其成本较高、再生效率低，使该方法的广泛应用受到了限制。

从2004年Manches-ter学校的Geim小组^[12]第一次通过机械力来剥离制取到单层石墨烯以来，学术界便开始对这种单层的石墨烯展开了诸多的研究。石墨烯具有理想的平面二维结构、比表面积大，使其在诸多领域有着广泛的应用前景，比如纳米电子器件、催化剂、超级电容器电容器、新型复合材料等 ^[13]。石墨烯具有特定碳原子构造，这种构造是以sp²杂化连成的，其理想厚度只有0.35nm^[14]，只有一个原子的厚度和具有二维的平面构造给予了石墨烯独特的性能—巨大的比表面积，具有非常高的吸附容量。石墨烯具有类苯环上的π-π键，对其结构中含有苯环或者类似苯环的污染物很快的吸附速率和较大的吸附容量;对含苯环的有机污染物具有很好的吸附聚团效果，在采用吸附法净化水体上有很可观的应用前景。

1.2石墨烯

图1. 1 石墨烯结构示意图