石墨烯及其复合材料对水中重金属离子Pb2+的吸附性能研究进展

作者:未知

  摘 要:石墨烯的片层结构具有很大的比表面积、化学热稳定性好等特点,本文简单综述了石墨烯及其改性复合材料的制备及对水体中二价铅离子的吸附性能研究情况,并对其发展前景做了展望。
  自2004年石墨烯被发现以来,其优异的电学、光学、力学特性等优点被研究者应用到各个领域,因此科学家安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫获得了 2010 年的诺贝尔物理学奖。重金属Pb2+ 离子,对人体神经产生很大危害,对儿童智力发育影响尤其严重,故本文主要总结了石墨烯及其复合材料对水中重金属离子Pb2+的吸附应用。
  1.石墨烯及其复合材料制备
  对石墨烯材料的制备目前主要有传统的机械剥离法,此法简单,但产量低;除此之外,还有化学沉积法,氧化还原法等。对石墨烯复合材料的制备有溶胶-凝胶法、化学还原法等。
  2.石墨烯及其复合材料对Pb2+吸附研究
  石墨烯表面含有羰基、羟基,羧基等基团,使得它具有良好的亲水性,并可以和金属离子发生作用,从而达到分离水中的重金属离子。水体中有害重金属离子很多,本文只讨论对Pb2+吸附研究情况。
  王波等[1]通过氧化还原法制备了氧化石墨烯并对 Pb2+的吸附性能进行了考察,测得在室温时对Pb2+静态饱和吸附质量比为 396.6 mg/g 。
  Li等[2]利用化学气相沉积法制备出三维石墨烯宏观体,三维石墨烯不仅具有高的机械性、强的导电性和大的比表面积,研究发现其对Pb2+有很强的吸附能力,其吸附容量为882mg/g。
  柴静等[3]用乙酰丙酮还原氧化石墨烯得到石墨烯,对 Pb2+ 进行了吸附性能测试,最大吸附量为 105.4mg/g,原因在于石墨烯的大的比表面积及乙酰丙酮分子对 Pb2+ 离子的强络合能力。
  Hao 等[4]通过溶胶-凝胶法合成了石墨烯/SiO2 纳米复合物材料,发现该复合材料水体中 Pb2+高度的选择性吸附性能。实验结果表明,此复合材料Pb2+的最大吸附量为 113.6 mg/g。原因在于石墨烯掺杂分散了纳米二氧化硅,提高了比表面积,金属离子 Pb2+与表面带负电的复合材料通过静电作用吸附到表面。
  Madadrang等[5]利用硅烷化反应制备了GO/EDTA,由于具备强络合能力的EDTA引入,实验结果表明在pH值为6.8时复合材料对Pb2+的饱和吸附量高达479mg/g,吸附时间为20min。
  Lee等[6]将二氧化钛前驱体先分散在异丙醇中,再与用溶有氧化石墨烯的溶液混合,通过水热法制备了氧化石墨烯/二氧化钛复合材料,该复合材料对重金属离子Pb2+的饱和吸附量可达65.6mg/g。
  壳聚糖由于具有亲水性、无毒性、生物相容性等特征,是一种常用的生物吸附剂。He[7]用冷冻干燥法制备了氧化石墨烯/壳聚糖。当氧化石墨烯在复合材料中的质量分数为5%时,复合材料对Pb2+的饱和吸附量达99mg/g。Liu等[8]将氧化石墨烯/壳聚糖应用于水中Pb2+的去除,发现 GO 质量分数同样为5%的复合材料吸附效果最好,对Pb2+的饱和吸附量可达216.9mg/g 。复合材料吸附量增加的原因在于氧化石墨烯的引入增加了表面积。
  Musico等[9]研制出聚(N-乙烯基咔唑)/氧化石墨烯,对污水中 Pb2+的去除进行了研究。结果表明, 该复合材料对Pb2+的吸附性受 pH值变化的影响,高pH值的环境有利于吸附过程的进行。当pH值为7时,N-乙烯基咔唑单体与氧化石墨烯质量比例为1:9,反应90min后, 制备所得复合材料对Pb2+的最大吸附容量可达887.98mg/g 。
  赵阳等[10]制备了功能化氧化石墨烯/纤维素复合材料,结果发现其对铅离子具有优异的吸附性能,吸附最大量可达到105mg/g。
  3.结束语
  石墨烯产业虽然取得了一定的成绩,但石墨烯的应用成本相对较高,且石墨烯材料的再生研究有待进一步完善。因此石墨烯复合材料成本的降低和高效循环使用技术, 仍然是推广石墨烯材料在水处理领域中应用迫切要解决的问题。
  [参考文献]
  [1]王波, 张帆, 黄福. 还原态氧化石墨烯的制备及其对重金属离子的吸附性能 [J]. 应用化学, 2014, 31(4):  502 - 504.
  [2]Li W, Gao S, Wu L, et al. High-density three-dimension grapheme macroscopic objects for high capacity removal of heavy metal ions[J]. Sci. Rep., 2013, 3(10):2125-2131.
  [3]柴靜,胡南滔,朱齐荣,等. 石墨烯的制备及其对重金属Pb2+离子的吸附性能研究[J].化工新型材料,2014,42(1):77—79,89.
  [4] Hao L Y,Song H J,Zhang L C,et al. SiO2 /graphene composite for highly selective adsorption of Pb(Ⅱ) ion[J]. Journal of Colloid and Interface Science,2012,369:381-387.
  [5]Madadrang C J, Kim H Y, Gao G H, et al. Adsorption behavior of EDTA-graphene oxide for Pb(II) removal[J]. ACS. Appl. Mater. Interfaces, 2012, 4(3): 1186-1193.
  [6]Lee Y C, Yang J W, et al. Self-assembled flower-like TiO2 on exfoliated graphite oxide for heavy metal Removal[J]. J. Ind. Eng.Chem., 2012, 18(3): 1178-1185.
  [7]He Y Q, Zhang N N, Wang X D. Adsorption of graphene oxide/chitosan porous materials for metal ions[J]. Chin. Chem. Lett., 2011, 22(7): 859-862.
  [8]Liu L, Li C, Bao C L, et al. Prepatation and characterization of chitosan/graphene oxide composites for the adsorption of Au(III) and Pd(II)[J]. Talanta, 2012, 93: 350-357.
  [9]Musico Y L F, Santos C M, Dalida M LP, et al. Improved removal of lead(II) from water using apolymer-based grapheme oxide nanocomposite[J]. J. Mater. Chem. A, 2013, 1(11): 3789-3796.
  [10]赵阳,赵玉真,张永明,等. 功能化氧化石墨烯/ 纤维素共混复合材料对 Pb2+ 吸附性能的研究[J]. 纤维素科学与技术,2018,26(3):39-44.
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