氮杂化石墨烯的改性及对亚甲基蓝吸附的影响

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水是人的生命之源,一直以来水污染都严重威胁着人们的生存,有机废水的治理一直都是水环境保护的大难题。在有机废水中占大部分排放量的就是精细化工,而精细化工中最典型的就是我国的传统支柱产业—纺织印染工业。中国目前仍然拥有世界上最大最主要的纺织印染工业。中国环境部门的统计数据指出,在参与调查的工业行业中,纺织业是排污量很大的行业之一,而其中印染加工生产流程产生的废水排放量占整个工艺总排放量的70%以上。印染工业是传统工业的支柱之一,也是社会重点治理污染的行业之一。吸附剂作为处理废水的重要试剂之一,对于吸附剂改性增加其吸附性能的研究也一直是环境保护的热点问题。石墨烯自2004年问世以来就以其优异的特殊性能和巨大的比表面积应用于污水处理的前沿。石墨烯作为一种新型材料,以其杰出的性能在许多领域有着令人瞩目的成果,而它具有的高比表面积(理论比上高达2630m2/g),作为吸附剂有着天然的优势。石墨烯的表面和结构可以通过科学方法进行改性和修饰,类石墨烯及石墨烯衍生物具有巨大的潜在应用价值和广阔的应用前景。  氮杂化石墨烯作为新型的石墨烯材料,由于氮原子的杂化,使得氮杂化石墨烯有更强的稳定性和化学活性,但是对于氮杂化石墨烯吸附性能的研究一直还是空白状态。本文采用高温固相裂解酞菁前驱体的新型方法来制备氮杂化石墨烯,并对产物进行酸法改性、接枝改性,采用傅里叶红外光谱(FTIR)、扫描电镜(SEM)、元素分析(EA)和同步热分析(TGA)对改性后的产物进行了表征,然后将其作为吸附剂吸附离子染料亚甲基蓝(MB)。  本实验首先制备了氮杂化石墨烯,以此作为原材料,探究了氮杂化石墨烯与混合酸溶液进行酸化改性时的体积、酸化时间、酸化温度、染料溶液的初始浓度、吸附反应的温度、吸附过程的时间等条件对吸附效果的影响,并对吸附动力学进行了探究。结果表明,氮杂化石墨烯具有二维纳米结构,并且把石墨烯的片层结构截短了,增加了表面积;氮杂化石墨烯在50℃时,酸化150min,能达到吸附剂的最佳酸化性能,酸改性氮杂化石墨烯在40℃,20min时达到最大吸附量,所测的动力学数据符合准二级动力学模型。  然后经过酰氯化和氨基化过程制备了氨基化改性氮杂化石墨烯,作为吸附剂用于去除水中的亚甲基蓝染料溶液。结果表明:氨基化改性氮杂化石墨烯被截成了更小的片状,更容易分散在溶液中;在40℃时,50min,能达到氨基化改性氮杂化石墨烯的最大单位吸附量;实验数据符合准二级动力学模型。
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