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毕业论文课题相关文献综述
1.1研究背景石墨烯(Graphene)是英国曼彻斯特大学Geim课题组于2004年发现的单原子层石墨晶体薄膜[1]，它为复式六角晶格，基本结构为每个碳原子sp2轨道杂化形成3个共价键，分别与周围最邻近的3个碳原子形成3个d键，剩余的1个P电子垂直于石墨烯的表面，与周围的原子形成丌键。有限温度下石墨烯可以自由存在，其厚度只有0.3354nm，是目前世界上发现最薄的材料[2]。石墨烯禁带宽度几乎为零，同有载流子迁移率(1.5104cm2／(Vs))超过商用硅10倍多，有望取代硅成为纳米电路的理想材料。石墨烯不仅有优异的电学性能和完美的结构，而且在其他方面也表现出奇特的性能，如突出的导热性[3]，高度的透光性，超常的比表面积[4]等，这使得石墨烯在电子、信息、能源和材料等领域具有广阔的应用前景。1.2 石墨烯材料在吸附领域的应用 1.2.1对水中重金属污染物的吸附一些工业废水含有 Pb2 、Cd2 、Cu2 、Cr6 、Hg2 、Ni2 等重金属离子，用常规的处理方法很难去除，人们发现石墨烯材料特别是改性过的石墨烯或氧化石墨烯对其吸附效果很好，可以用于吸附去除这些重金属离子。Wu 等[5]用十六烷基三甲基溴化铵对石墨烯进行非共价键修饰，将其用来去除水中的Cr6 。Ashish Kumar Mishra等[6]将用热剥离法获得的石墨烯用硝酸处理在其表面引入亲水性官能团(羧基、羰基、羟基)，对海水中的 Na、Mg、Ca、K具有较强的吸附作用，可用于海水的淡化。Yang等[7]根据氧化石墨烯在一定条件下可以折叠/聚集的特性，研究了氧化石墨烯对水体中的Cu2 的吸附，结果表明氧化石墨烯对水体中Cu2 具有良好的去除效果。磁性纳米颗粒具有优异的物理和化学性质如超顺磁性、在磁性环境中容易分离和吸附[8]。基于这些特性，Zhang等[9]研究了经磁性铁酸钴修饰的氧化石墨烯对水体中Pb2 和Hg2 的吸附，实验表明铁磁材料修饰氧化的石墨烯具有容易吸附分离的优点。Luo[10]等人将氧化石墨烯与磁性壳聚糖复合作为一种新型吸附剂来吸附水中的Pb2 取得了较好的效果。Zhang[11]等人则研究了用氢氧化铁处理石墨烯用于吸附水体中的砷酸盐离子，吸附效果良好。1.2 .2对水体中有机染料的吸附 造纸、印染纺织等工厂所排放的废水中含有有机染料，其特点是含有芳香结构，在废水中很难降解，对环境的污染和危害较大，同时有机染料水溶性好、分子较小，用活性炭等吸附去除时存在着吸附效率较低、可再生速度慢等问题。Li[12]等人探讨了用肼还原氧化石墨制备石墨烯来吸附水体中的有机染料亚甲蓝，发现在293 K时最大吸附容量可达153.85 mg/g。此外，Yang 等[13]人研究了用氧化石墨烯去除水中的亚甲蓝，去除效率可以高达99.8%。石墨烯材料与磁性纳米颗粒的复合物不仅能吸附废水中的重 金属离子，而且对废水中的有机染料也有良好的吸附效果。Luo[14]等人利用一种新型的生物吸附剂磁性壳聚糖与氧化石墨烯复合物来吸附废水中的亚甲蓝，吸附效率高。Ramesha[15]等人研究了石墨烯材料对阴阳离子染 料的吸附，也研究了对有机染料亚甲蓝、甲基紫、罗丹明B、橙黄G的吸附效果，结果表明，氧化石墨烯与染料甲基紫及亚甲蓝之间主要是静电相互作用，氧化石墨烯与橙黄G之间只有范德华力作用，氧化石墨烯与罗丹明B 之间则两者都可能存在。 1.2.3 对无机非金属离子的吸附 对于水中无机阴离子的去除，由于氧化石墨烯带的是负电荷，所以效果并不好，部分无机阴离子可以用石墨烯以及石墨烯复合材料来吸附。Ramesha[16]等人利用自制的石墨烯对F- 的吸附进行了研究，发现开始吸附很快，随着时间的增加，吸附速率降低。 1.2.4 对气体分子的吸附孙成珍，张锋等[17]人通过分子动力学方法模拟4种不同气体分子（He，H2 ，N2 和 CH4）在多孔石墨烯气体分离膜中的穿透过程，揭示了气体分子穿透石墨烯纳米孔的渗透机理，指出分子的渗透不仅与其动力学参数有关，如分子直径和质量，还与分子在石墨烯表面的吸附有关。石墨烯表面的吸附层给气体分子的渗透提供了一个额外的路径，因此分子在石墨烯表面的吸附越强，分子的渗透通量越大。同时，不同大小的纳米孔下H2分子的渗透通量都随着压力的增加而线性增加。 参考文献： [1] 代波, 邵晓萍, 马拥军, 裴重华. 石墨烯的研究进展[J].材料导报, 2010,24(3): 17.[2] 李兴鳌, 王博琳, 刘忠儒. 石墨烯的制备、表征与特性研究进展[J].材料导报, 2012,26(1):61. [3] 胡耀娟, 等. 石墨烯的制备、功能化及在化学中的应用[J].物理化学学报, 2010,26(8)：2073-2086. [4] 吴诗德, 等. 石墨烯材料的制备及其在电化学领域的应用[J].材料导报, 2011,25(3):55-59. [5] Wu Y, Luo H J, Wang H, et al. Adsorption of hexavalent chromium from Aqueous solutions by graphene modified with cetyltrimethylammonium bromide[J].Journal of Colloid and Interface Science, 2013,394:183-191. [6] Ashish Kumar Mishra. Functionalized graphene sheets for arsenic removal and desalination of sea water[J].Desalination, 2011,282:39-45. [7] Yang S T, Chang Y L. Folding/aggregation of graphene oxide and its application in Cu removal[J].Journal of Colloid and Interface Science, 2010,351:122-127. [8] 周丽, 等.石墨烯基铁氧化物磁性材料的制备及在水处理中的吸附性能[J].化学进展, 2013,25(1):145-155. [9] Zhang Y K, Yan L G, et al. Adsorption of Pb(II) and Hg(II) from aqueous solution using magnetic CoFe O-reduced graphene oxide[J].Journal of Molecular Liquids, 2014,191:177-182. [10] Fan L L, Luo C N, et al. Highly selective adsorption of lead ions by water-dispersible agneticchitosan/grapheme xidecomposites[J].Colloids and Surfaces B:Biointerfaces, 2013,103:523-529. [11] Zhang K, Dwivedi V, et al. Graphene oxide/ferric hydroxide composites for efficient arsenate removal from drinking water[J].Journal of Hazardous Materials, 2010,182:162-168. [12] Liu T H, Li Y H, et al. Adsorption of methylene blue from aqueous solution by graphene[J].Colloids and Surfaces B:Bio-interfaces, 2012,90:197-203. [13] Yang S T，Chen S，et al．Removal of methylene blue from aqueous solution by graphene oxide[J].Journal of Colloid and Interface Science, 2011,359:24-29. [14] Wang C, Feng C. Preparation of a graphene-based magnetic nanocomposite for the removal of an organic dye from aqueous solution[J].Chemical Engineering Journal, 2011,173:92-97. [15] Ramesha G K, Vijaya Kumara A. Graphene and graphene oxide as effective adsorbents toward anionic and cationic dyes[J].Journal of Colloid and Interface Science, 2011,361:270-277. [16] Li Y H, Zhang P. Adsorption of fluoride from aqueous solution by graphene[J].Journal of Colloid and Interface Science, 2011,363:348-354. [17] 孙成珍, 张锋柳, 海白博峰. 多孔石墨烯气体分离膜分子渗透机理[J].材料导报, 2014,8(8): 3207.
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