氧化石墨烯/二氧化硅复合材料的制备及其在吸附领域应用研究进展

近十年来,氧化石墨烯(GO)基复合材料日益引起研究者的广泛兴趣,而氧化石墨烯和二氧化硅的复合材料是其中的一个研究热点.本文介绍了氧化石墨烯/二氧化硅(GO/SiO2)复合材料的制备及其在吸附领域的应用.其制备方法包括非共价键法和共价键法,在非共价键法中,包括阳离子表面活性剂法和二氧化硅表面改性法;在共价键法中,包括形成酰胺键(-CO-NH-)、硅酯键(-COOSi-)、碳氧硅键(-C-O-Si-).吸附领域的应用包括对重金属离子、有机物的吸附.最后,我们对氧化石墨烯/二氧化硅复合材料将来的发展进行了展望.     

棒状超顺磁性铁锰复合氧化物制备及对Pb2+吸附性能的研究

采用水热-共沉淀法,以N,N-二甲基十二烷基氧化胺(DDAO)与硬脂酸铁(Ⅲ)(STFE)组成的囊泡为软模板,FeSO4·7H2O为二价铁源,MnSO4·H2O为锰源,NaOH为碱源,制备铁锰复合氧化物.利用SEM、XPS和BET对样品进行了表征,并对复合氧化物磁性及复合氧化物对Pb2+的吸附性能进行了研究.结果表明,样品的形貌可通过不同煅烧温度进行调控,在500℃制备出样品是直径约为40 nm,长度约为150 nm棒状结构;对Pb2+吸附测试结果表明,在500 ℃制备的样品对Pb2+表现出优异的吸附性能,饱和吸附量为618.118 mg/g,重复5次使用后饱和吸附量仍在390 mg/g.特别是这种材料很好的超顺磁性(饱和磁化率为63.9814 A·m2/kg),可以实现对吸附剂有效的回收.     

Fe3O4@SiO2-NH2纳米粒子制备及其对Pb2+吸附性能影响

采用共沉淀法合成Fe3 O4纳米粒子,并在其表面依次包覆SiO2和γ-氨丙基三乙氧基硅烷,溶胶凝胶一步法合成氨基化磁性纳米粒子Fe3 O4@SiO2-NH2.并通过SEM、FTIR和VSM等测试方法,对该磁性纳米粒子的颗粒形貌、表面性质及磁强度进行了表征;考察了介质pH值对该磁性纳米粒子吸附Pb2+的平衡吸附容量的影响,并研究了吸附动力学、等温吸附线及吸附热力学.结果表明:Fe3 O4@SiO2-NH2粒径大小平均为80 nm,饱和磁化强度为79.52 emu/g,其对Pb2+吸附过程是吸热过程和熵增过程;吸附行为符合Lagergren准二级动力学模型,化学吸附占主导;符合Langmuir模型,是单分子层吸附.在介质pH值为6、温度为313 K时吸附效果最优,最大吸附容量可达到179.5 mg/g.     

聚吡咯修饰锂钒氧纳米管的制备及其电化学性能研究

以锂钒氧纳米管为载体,利用氧化聚合法制备了聚吡咯修饰锂钒氧纳米管复合纳米材料.形貌和结构分析表明所制备的样品经聚吡咯修饰后仍保持较好的纳米管状结构,管内径约20 nm左右,外径约100 nm左右;电化学性能测试表明经聚吡咯修饰后电极材料在不同倍率下放电比容量均有明显增加,经30次不同倍率循环后,容量保持率由修饰前的42.7;增加到55.8;,电化学性能的改善归因于聚吡咯高的电导率和良好的柔韧性.     

RuO2/TiO2纳米管薄膜的制备及其光电催化性能研究

采用阳极氧化法结合浸渍法在钛金属片基底上制备了TiO2负载RuO2纳米管阵列,利用场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、X射线衍射仪(XRD)、能谱仪(EDS)和紫外可见分光光度计对纳米管的形貌、结构和光学性能进行了表征,并研究了RuO2/TiO2纳米管阵列在紫外光和可见光下对亚甲基蓝溶液的光电催化性能.结采表明:RuO2/TiO2纳米管仍保持了纯TiO2纳米管的结构特征,部分Ru进入TiO2晶格代替了Ti的位置形成了固溶体,部分Ru以RuO2纳米粒子形式存在;RuO2/TiO2纳米管的光吸收波长发生了红移,且在整个可见光区均比纯TiO2纳米管光吸收能力强,RuO2/TiO2纳米管光电催化降解亚甲基蓝的4h降解率由纯TiO2纳米管的27;提高到79;;采用该法制备的TiO2纳米管阵列膜回收简单,反复使用20次后光电催化降解能力基本保持不变.     

硫化铋纳米管的制备及性能研究

以NaBiS2为前驱物采用水热法合成了硫化铋纳米管,运用X射线粉末衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)、紫外-可见-近红外分光光度计(UV-Vis-NIR)、荧光分光光度计(PL)等检测手段对样品进行表征.结果表明制备的Bi2S3为正交相纳米晶,产物形貌受到反应物比例、温度、时间等因素影响,Bi2S3纳米管的形成是固体-溶液-固体转化过程.紫外-可见-近红外吸收光谱表明Bi2S3纳米管对900nm以下的光有较强的吸收,当激发波长为519 nm时,Bi2S3纳米管在778 nm处有一个较强的荧光发射峰.     

高炉渣基A型沸石的合成及对Pb2+离子的吸附

以内蒙古包钢高炉渣为前驱体,采用水热法成功合成了高炉渣基A型沸石,通过XRD、SEM表征其微观结构,并研究其对Pb2离子的吸附性能.研究结果表明,提取高炉渣中的SiO2和Al2O3分别为硅源和铝源,再外加一定比例铝源能够合成高炉渣基A型沸石,最佳合成条件为:n(SiO2)/n(Al2O3)=0.24、nH2O/n(SiO2)=98、水热时间为12 h和水热温度为100℃.所合成的高炉渣基A型沸石对Pb2离子具有较强的吸附性能,吸附率高达94.82;,符合拟二级动力学模型,属于多分子层的吸附,吸附容易进行,平衡吸附量为39.37 mg/g.     

二氧化硅@羟基磷灰石颗粒的制备及其药物装载与体外释放行为研究

以改性的St(o)ber方法制备二氧化硅核心颗粒,并用改性的Pechini方法在其表面沉积羟基磷灰石壳层,制备得到具有核壳结构的二氧化硅@羟基磷灰石颗粒.通过扫描电子显微镜、X射线衍射分析和红外光谱分析手段表征颗粒的物相和结构,确定颗粒的形成机制为羟基磷灰石壳层在聚乙二醇-柠檬酸作用下均匀地沉积在非晶态二氧化硅表面.含亚甲基蓝的二氧化硅@羟基磷灰石药物颗粒在磷缓冲液(pH =7.2 ～7.4)和lysosome-like缓冲液(pH=4.7)中的释放行为表明药物释放对颗粒结构和溶液的pH值非常敏感.     

ZrO2纳米粉体的形貌可控合成及其吸附性能研究

利用水热法,以Zr(SO4)2·4H2O为原料,添加Na2SO4后合成出花状和棒状形貌可控的纳米ZrO2纳米粉体.随着SO42-浓度升高,t-ZrO2含量逐渐减少,颗粒微观形貌由三维花状变为二维棒状.利用XRD和SEM研究了Na2SO4对ZrO2粉体相结构、微观形貌和粒径的影响规律.确定了SO42-对结构和形貌调控的关键性作用,并提出了可能的成型机理.花状ZrO2对罗丹明B有良好的吸附性能,吸附容量达到20 mg/g,而棒状ZrO2的吸附性能一般,仅为4 mg/g.     

炭吸附纳米氧化铋的制备及其光催化性能

以粗氧化铋和浓硝酸为原料,采用炭吸附共沉淀法制备氧化铋(Bi2 O3)纳米粉体.通过热重分析仪(TG-DTA)、X射线衍射仪(XRD)、紫外-可见分光光度计(UV-Vis)、透射电子显微镜(TEM)对得到的粉体的焙烧温度、物相、光吸收性能及微粒尺寸进行表征.结果显示:活性炭的加入有效阻止了纳米氧化铋在制备、干燥以及焙烧过程的团聚和烧结;在500℃煅烧制备的Bi2 O3粉体结晶度高、颗粒分布均匀,平均晶粒尺寸为10.8 nm,比表面积为86.43 m2·g-1;加入活性炭煅烧得到的Bi2 O3粉体在可见光区域吸收性能明显增强,对可见光有更好的吸收性能.评价纳米Bi2O3光催化活性是利用可见光光催化降解甲基橙(MO)目标污染物,60 min内甲基橙降解率达到91.77;.     

酰胺功能化修饰琼脂糖/硅胶复合材料的制备及吸附性能研究

采用溶胶-凝胶法,以氧化琼脂糖和四甲氧基硅烷为前驱体,通过水解、缩聚反应制得琼脂糖/硅胶复合材料,进一步利用开环、"巯-烯"点击和酰胺化反应对复合材料实现酰胺基团功能化修饰.借助红外光谱(FT-IR)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)对所制备复合材料进行结构、组成和微观形貌表征.以制备的酰胺功能化修饰琼脂糖/硅胶复合材料为吸附剂,探讨其对莱克多巴胺的吸附过程,实验考察了溶剂、吸附时间、莱克多巴胺的初始浓度等对吸附的影响.结果表明:经过修饰反应酰胺基团成功接枝到琼脂糖/硅胶复合材料,该材料颗粒呈球形,粒径在2～3μm之间;复合材料对莱克多巴胺表现出良好的吸附性能,吸附过程50 min达到平衡,适合准二级动力学特征,属化学吸附,吸附等温线符合Freundlich模型;复合材料经过6次吸附解析,再生后对莱克多巴胺的吸附率仅有小幅下降,表明具有较好的循环再生吸附能力.     

Ce-La@Fe3O4吸附剂制备及其除氟性能研究

采用水热法合成了Ce-La@Fe3 O4复合吸附剂,并将其应用于水溶液中氟离子的去除研究.扫描电镜发现Ce-La@Fe3 O4吸附剂呈方块状颗粒,大小为(1.22±0.35)μm,吸附氟离子后颗粒出现了一定程度黏连.Ce-La@Fe3 O4吸附剂对氟离子的吸附动力学遵循拟二级动力学反应模型,整个吸附反应为多级控制过程;相比于Freundlich模型,Ce-La@Fe3 O4吸附剂对氟离子的吸附更加符合Langmuir模型,该吸附过程为放热反应,温度越高越有利于吸附容量提高.吸附剂Ce-La@Fe3 O4具有磁性,吸附氟离子后,易于采用普通磁铁将其吸附回收重复使用.     

Ni2+/TiO2纳米管的光催化活性

以Ni2+/TiO2粉体和NaOH为原料,采用水热法制备了Ni2 +/TiO2纳米管,通过XRD、UV-Vis、SEM等技术对Ni2+-TiO2纳米管的结构、形貌等进行表征,并以罗丹明B为目标降解物,对样品光催化活性进行评价.结果表明:煅烧前,样品主要以钛酸盐的形式存在,有很好的管状结构,管壁较薄,管径为50 ～ 100 nm,管长约为12μm,长径比较大.UV-Vis谱显示约为在284 nm处有一个较弱的吸收峰;500℃煅烧后,钛酸盐的衍射峰强度明显降低,TiO2衍射峰强度增强,纳米管出现坍塌、断裂,锐钛矿相显著,对光的吸收范围也拓展到可见光区,且煅烧后样品的光催化活性显著提高,60 min降解率可达95;.     

二维晶体Ti3C2的制备及其对有机染料的吸附性能研究

采用49;的氢氟酸刻蚀Ti3AlC2成功制备了层状二维晶体Ti3C2,并研究了其作为吸附剂对有机染料罗丹明B(RhB)、亚甲基橙(MO)和亚甲基蓝(MB)的吸附性能.利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、气体吸附分析仪、紫外可见分光光度计等对样品物相、晶体结构和孔隙结构及比表面积进行了表征,考察了温度和染料浓度对Ti3C2吸附效果的影响.结果表明,二维晶体Ti3C2对有机染料具有较好的吸附性能,随着温度的升高吸附速率有明显的提高;Ti3C2对RhB和MB的吸附效果随着温度的升高均有明显的提高,但对100 mg/L的MO,在25℃时吸附效果最好.45℃时,Ti3C2对浓度为50 mg/L的染料的吸附速率RhB＞ MB＞ MO.     

羟基磷灰石/活性炭复合吸附剂的制备及其除氟性能研究

采用羟基磷灰石(HAP)和活性炭(AC)共混,经过活化烧结制得HAP/AC复合吸附剂.考察了HAP/AC质量比、聚乙烯醇(PVA)浓度、焙烧时间和焙烧温度等因素对吸附剂去除水中氟离子的影响.实验结果表明:HAP/AC质量比为4∶1、PVA浓度3wt;、焙烧温度350 ℃、焙烧时间3.5 h,吸附剂对氟离子的去除效率达到最大值为70.69;.将HAP/AC复合吸附剂用于对模拟含氟废水的吸附研究,通过静态吸附实验和动态柱吸附实验考察了吸附剂对模拟含氟废水的吸附性能,对其吸附机理进行了探讨.结果表明Langmuir等温吸附模型更优于Freundlich模型,且吸附剂对氟离子的吸附主要以表面单分子层吸附为主,吸附过程中具有离子交换能力的活性中心起主导作用.最后将HAP/AC复合吸附剂应用于地氟病区实际含氟废水的处理,以探讨其实际运用的可行性.     

还原氧化石墨烯/TiO2纳米线复合膜的制备及对Cu2+吸附性的影响

以石墨烯和自制TiO₂粉末为原料,通过两步水热法联合真空抽滤法制备还原氧化石墨烯/TiO₂纳米线(rGO/TiO₂ NWs)复合膜。通过扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射仪(XRD)、拉曼光谱对rGO/TiO₂ NWs复合膜的形貌、结构进行表征。研究结果表明,还原氧化石墨烯和TiO₂ NWs成功地复合在一起,复合材料中TiO₂ NWs分散性较好。Cu²⁺吸附实验结果表明,复合材料中TiO₂ NWs所占比例、pH值是影响Cu²⁺吸附效果的重要因素,研究复合材料对Cu²⁺的吸附效果应该在pH值为6.0的近中性环境。其中TiO₂ NWs含量为50%时,复合膜对Cu²⁺的吸附量最高,达到rGO薄膜的4倍。复合薄膜有较好的吸附稳定性,重复使用5次后,吸附率是原吸附量的91%。     

静电纺丝法制备超疏水/超亲油SiO2微纳米纤维膜

采用静电纺丝法制备SiO2微纳米纤维膜,经六甲基硅氮烷(HMDS)改性后获得疏水/亲油特性,用FTIR、SEM、接触角等手段表征纤维膜的成分、微观形貌和对水及正十二烷的润湿性能等,研究了制备工艺对纤维膜物性参数以及润湿性能的影响,并测试了改性后纤维膜的高温稳定性和耐腐蚀性能.结果表明:SiO2微纳米纤维膜具有较多的孔隙和较高的比表面积,经HMDS改性后其表面粗糙结构结合疏水亲油的-Si(CH3)3基团使得纤维膜获得超疏水/超亲油特性,其水接触角为153.7°、水滚动接触角为8.2°、油接触角为0°;超疏水/超亲油SiO2微纳米纤维膜的最高耐受温度为450℃,最大拉伸强力为(40.7 ±9.4)×10-2N,且具有较好的耐腐蚀性能.