氧化石墨烯

蔡雅靜

[摘 ?要：氧化石墨烯以其良好的性能成為近年來一大熱點。本實驗通過將氧化石墨烯與稀土釔的氧化物合成更具有優異性能的復合材料。對其進行研究對剛果紅染料的吸附模型。并且根據實驗結果，復合材料對剛果紅的最大吸附量為422.3115mg/g。

關鍵詞：氧化石墨烯;氧化釔;吸附;剛果紅染料]

1前言

就目前來看，水體污染是較受到關注的環境問題。對于水體處理方法有很多，吸附法是處理受破壞水體眾多方法中較為有效的技術。

1.1氧化石墨烯-氧化釔復合材料

氧化石墨烯與石墨烯結構大體大致相同，只是在一層碳原子構成的二維空間無限延伸的基面上連接有大量含氧基團，平面上含有-OH和C-O-C，而在其片層邊緣含有C=O和-COOH[1]。稀土豐富的能級以及特殊的4f外電子層結構，讓它可以容易的與有機或無機官能團結合形成多價態，多配位數的稀土化合物[2]。將兩種物質結合，得到一種新的，并且有更優異吸附效果的吸附劑。

2實驗部分

2.1實驗原理

2.1.1剛果紅染料測定原理

實驗中采用UV-vis分光光度計測定剛果紅染料的濃度。此方法的理論基礎是朗伯-比爾光吸收定律。剛果紅染料所對應的最大吸收波長為498nm。

2.1.2吸附量的計算

表達式為：

式中：qe 為飽和吸附量;C0為吸附前物質濃度;Ce為溶液中物質的平衡濃度;m為吸附劑的質量;V為吸附液的體積。

2.1.3吸附模型

通過Langmuir模型以及Freundlich模型進行擬合

Langmuir模型[3]表達式為：

Freundlich模型[4]表達式為：

式中：qe 為離子在吸附劑表面的吸附量;Ce 為溶液中離子的平衡濃度;qm 為Langmuir模型最大飽和吸附量，B為和吸附量相關的Langmuir模型常數;Kn ，1/n 均為Freundlich模型常數。

2.2實驗方法

2.2.1吸附劑的制備過程

制備過程：用250ml的三頸圓底燒瓶將0.2 g的氧化石墨烯溶于200 mL去離子水中，超聲0.5 h，而后將0.8 g的YCl3加入上述混合物中并繼續攪拌0.5h，再將3 mL2mol/L的NaOH溶液滴入混合液，將上述溶液加熱至363 K并持續攪拌，2 h后，冷卻至室溫，將合成的材料過濾并清洗數遍后，將產品在真空干燥箱中以333 K溫度烘干12 h。

3實驗分析與探究

3.1剛果紅標準曲線的繪制

標準曲線的繪制

繪制出的標準曲線方程是y=12.438x-0.0009，相關系數R2=0.99917。

3.2吸附等溫線研究

在實驗條件為：常溫（16℃），ph=7.0，其他操作條件均相同的情況下實驗所得到的數據分別通過Langmuir模型和Freundlich模型進行擬合。

根據數據，Langmuir模型能更好的描述復合材料對剛果紅的吸附行為。從結果看，復合材料對剛果紅能夠達到的最大吸附量qm為422.3115mg/g。

4結論

就目前來看，氧化石墨烯和稀土都是吸附材料的研究熱點。用作載體的氧化石墨烯由于其表面所含有的大量官能團和成本優勢，使得它一直是復合材料的領域里的熱點[5]。結論表明本實驗中的復合材料對剛果紅染料吸附過程符合Langmuir等溫吸附模式，是屬于單分子層吸附[5]。同時有較好的吸附性能

指導教師：閆海剛

參考文獻

[1]Heyong He，Jacek Klinowski，Michael Forster，Anton Lerf. A new structural model for graphite oxide[J].Chemical Physics Letters，1998，287（1）.

[2]周謹.稀土在廢水處理中的應用進展[J].化工環保，2009，29（04）：335-338.

[3]王波. 石墨烯基復合材料的制備及其對重金屬離子的吸附研究[D].吉首大學，2014.

[4]郝夢秋. 氧化石墨烯—鐵氧化物復合吸附劑的制備及性能研究[D].中南大學，2014.

[5]付婷.石墨烯復合材料在水處理中的應用研究[J].環境科學與管理，2017，42（02）：111-114.