GO氧化程度对GO_PVA气凝胶吸附性能的影响

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1、硕士学位论文GO氧化程度对GO/PVA气凝胶吸附性能的影响作者姓名肖欣蓉学科专业制浆造纸工程指导教师张宏伟副教授所在学院轻工科学与工程学院论文提交日期2018年6月EffectofGOoxidationdegreeonadsorptionpropertiesofGO/PVAaerogelsADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：XiaoXinrongSupervisor：Asso.Pro.ZhangHongweiSouthChinaUniv

2、ersityofTechnologyGuangzhou,China分类号：学校代号：10561学号：201520119832华南理工大学硕士学位论文GO氧化程度对GO/PVA气凝胶吸附性能的影响作者姓名：肖欣蓉指导教师姓名、职称：张宏伟副教授申请学位级别：工学硕士学科专业名称：制浆造纸工程研究方向：造纸技术与特种纸论文提交日期：年月日论文答辩日期：2018年6月1日学位授予单位：华南理工大学学位授予日期：年月日答辩委员会成员：主席：柴欣生委员：陈港张宏伟唐爱民刘映尧摘要氧化石墨烯（GO）具有较大的比表面

3、积，其表面含有的电负性含氧官能团，能够提供吸附活性位点。不同氧化程度的GO，其表面含氧官能团数量也不同，进而影响对有机染料、重金属离子的吸附。GO中存在的含氧官能团结构，使其较易分散于水中形成均一稳定的分散液，但是这也会导致吸附完成后难以从溶液中分离。聚乙烯醇（PVA）表面含有大量的羟基，一方面能够与GO的极性基团间相互作用，达到分离、稳定GO网络结构的效果；另一方面可以弥补GO中因PVA的引入而导致的吸附效率下降问题。GO/PVA气凝胶兼有GO与PVA的优异特性，如质轻、高机械强度、多孔结构等，成为废

4、水处理中最佳的候选材料。本文首先采用改进Hummers法，通过改变氧化剂KMnO4用量，制备三种不同氧化程度的GO。再将PVA添加到GO水溶液中，通过冷冻干燥制备PVA支撑的GO/PVA气凝胶，研究了PVA浓度和GO与PVA配比对气凝胶孔径结构和机械性能的影响；最后利用三种不同氧化程度的GO制备了GO/PVA气凝胶（GO/PVA-1、GO/PVA-2、GO/PVA-3），并对其结构和性能进行表征。将三种气凝胶用于有机染料MB的吸附，研究气凝胶用量、pH、吸附时间、初始浓度、温度等对MB吸附作用效果的影响

5、，通过动力学模型、等温吸附模型和热力学等探究吸附作用机理。再将GO/PVA气凝胶用于吸附2+2+重金属离子镉和铜，研究气凝胶用量、溶液Cd与Cu初始浓度、pH、离子强度对吸附效果的影响。采用吸附-解吸循环实验，研究气凝胶的再生性能。研究结果表明：1、采用改进Hummers法制备氧化石墨烯，随着氧化剂KMnO4用量的增加，GO的氧化程度（GO-1、GO-2、GO-3）增加，相应的C/O比分别为：2.23、1.74、1.69。2、PVA浓度、GO与PVA配比影响GO/PVA气凝胶的孔径大小及机械强度，其中当

6、PVA浓度为6%、GO:PVA=15:1时所制备的气凝胶性能相对最好，其压缩模量为0.73129MPa。3、以亚甲基蓝（MB）溶液模拟有机染料废水，在T=298.15K，pH=10，初始浓度150mg/L条件下，三种气凝胶（GO/PVA-1、GO/PVA-2、GO/PVA-3）对溶液中MB的平衡吸附量分别为70.17、90.33、93.68mg/g，且吸附过程均满足准二级动力学模型和Langmuir等温吸附模型。GO/PVA气凝胶具有良好的再生性能，循环使用5次后，溶液中MB去除率仍为74.3%。4、G

7、O/PVA气凝胶对孔雀石绿（MG）、刚果红（CR）也有较好的吸附效果，最大I去除率分别为96%、84.96%，且吸附过程满足Langmuir等温吸附模型。5、以硫酸铜、氯化镉溶液模拟重金属废水，在T=298.15K，pH=5，初始浓度50mg/L2+条件下，三种气凝胶对溶液中Cd的平衡吸附量分别为8.51、9.53、9.79mg/g。在2+T=298.15K，pH=6，初始浓度80mg/L条件下，三种气凝胶对溶液中Cu的平衡吸附量分别为28.76、37.08、38.33mg/g。2+2+6、HCl浓度对

8、气凝胶解吸出Cd、Cu有较大的影响，随着HCl浓度的增加解吸率增大；当HCl浓度为1mol/L时，最大解吸率分别为90.3%、97.1%。气凝胶重复使用2+2+5次后，溶液中Cd、Cu去除率仍分别为48.74%、69.7%。7、在本研究范围内，气凝胶的吸附作用与GO的氧化程度密切相关，随着GO氧2+2+化程度的增加，其GO/PVA气凝胶对MB、Cd、Cu平衡吸附量显著增加。关键字：氧化石墨烯；聚乙烯醇；气凝胶；吸附；解吸IIABSTRACT