氧化石墨烯的可控分散性及其对水泥基复合材料结构与性能的影响

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1、论文分类号：２学校代码７０８：１０学号：１５０３０１５龜淡蚤科技ＡｆＳＨＡＡＮＸＩＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＯＦＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ硕士学位论文Ｔｈｅｓ’ｉｓｆｏｒＭａｓｔｅｒｓＤｅｇｒｅｅ氧化石墨烯的可控分散性及其对水泥基复合材料结构与性能的影响朱琳琳指导教师姓名：吕生华教授学科名称：应用化学论文提交日期：２０１８年３月论文答辩日期：２０１８年５月’学位授予单位：陕西科技大学申请工学硕士学位论文论文题目：氧化石墨烯的可控分散性及其对水泥

2、基复合材料结构与性能的影响学科门类：工学一级学科：化学工程与技术培养单位：轻工科学与工程学院硕士生：朱琳琳导师：吕生华教授2018年5月ControllableDispersionofGrapheneOxideanditsImpactonStructureandPropertiesofCement-basedCompositesAThesisSubmittedtoShaanxiUniversityofScienceandTechnologyinPartialFulfillmentoftheRequirementsfo

3、rtheDegreeofMasterofEngineeringScienceByLinlinZhuSupervisor:AssociateProf.ShenghuaLvMay2018氧化石墨烯的可控分散性及其对水泥基复合材料结构与性能的影响摘要氧化石墨烯（GO）作为石墨烯的衍生物，具有超大的比表面积且片层上含有多种官能团，被广泛用于复合材料的制备。GO作为纳米材料，由于尺寸小且片层间具有较强的范德华力导致其易发生团聚，使其对复合材料性能的改善无法达到预期结果。前期研究发现GO可以调控水泥水化产物，使其形状和聚集体结构

4、趋向规整，显著提高了水泥基复合材料的力学性能和耐久性。目前存在的问题是GO不能在水泥基体中以少数片层均匀分散，导致水泥基复合材料结构不均匀。本研究针对GO分散的问题，通过化学改性的方法制备出少片层、小尺寸且均匀分散的GO分散液，研究了其对水泥基复合材料结构与性能的影响。（1）通过Hummers法制备GO，用巯基乙酸、偶氮二异丁腈、丙烯酸、乙烯基三乙氧基硅烷和γ-丙基三甲氧基硅烷对GO进行改性得到巯基改性GO（SGO）、羧甲基化GO（CGO）、聚丙烯酸改性GO（AGO）、支化改性GO（VGO）和γ-丙基三甲氧基硅烷改性

5、GO（KGO），并探讨六种样品在水相中的分散性。采用X射线衍射仪（XRD）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、拉曼光谱（Raman）、扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）、原子力显微镜（AFM）和紫外-可见分光光度仪等对改性GO的组成、结构及水相中的分散性进行表征。结果表明，改性GO较GO的结晶度和规整性降低，结构无序程度和片层上极性基团含量增加，为其在水相中均匀分散提供保证；在水相中的分散性为VGO＞CGO＞SGO＞AGO＞KGO＞GO，其片层厚度分别为0.4~1.0nm（1~2层）、0.6~1.0nm（1~2层）

6、、1.4~1.9nm（2~4层）、1.4~1.9nm（3~4层）、1.3~1.6nm（2~3层）、1.4~2.8nm（3~7层）。（2）制备了掺入GO、SGO、CGO、AGO、VGO和KGO分散液的水泥基复合材料，利用抗折抗压一体机、FTIR、SEM、电子能谱（EDS）、XRD、全自动压汞仪等对复合材料的结构与性能进行表征。结果表明，氧化石墨烯能够调控水泥水化产物的形状及聚集态结构，使其形成具有交织交联结构的规整、致密形貌，达到修复缺陷改善密实度的效果，提高了复合材料的强度、韧性和耐久性，其结构与性能同氧化石墨烯的分

7、散性相关。其中，掺有0.03%IVGO时，水泥基复合材料抗压和抗折强度分别为90.45MPa和9.2MPa，较对照样提高了72.91%和41.54%，平均孔径和孔隙率分别为9.9nm和9.07%，较对照样提高了70.18%和38.05%。（3）制备了掺有VGO的轻质水泥基复合材料，对复合材料的孔结构、微观形貌及力学性能进行测试。结果表明，复合材料的力学性能与孔结构有关，VGO的掺入调控了泡孔的形状、尺寸，减少了贯穿孔，添加30%的粉煤灰未改变复合材料的力学性能。同时，复合材料可作为吸附材料用于含有甲基橙类废水的吸附处

8、理，最优吸附条件为：VGO掺量0.03%，溶液pH为7，吸附时间为120min，最大吸附量为0.485mg/g。复合材料对甲基橙的吸附是均质、单分子层的吸附，且结合位点分布均匀，为利用轻质水泥基复合材料吸附废水中染料提供了技术依据。本论文的创新之处在于通过化学改性的方式提高了氧化石墨烯在水相及水泥基复合材料中的分散性，探讨了氧化石墨烯分散性对水