聚乙烯亚胺改性聚苯胺/氧化石墨烯对Cr(Ⅵ)的吸附性能

采用聚乙烯亚胺(PEI)对聚苯胺/氧化石墨烯(PANI/GO)进行改性得到PEI-PANI/GO,通过XRD、FTIR、BET和SEM技术对PEI-PANI/GO进行表征,并考察了PEI-PANI/GO对溶液中Cr(Ⅵ)的吸附性能。表征结果显示,PEI-PANI/GO材料以介孔为主,比表面积为35.12 m²/g,孔体积为0.098 24 cm³/g。实验结果表明,在温度为20 ℃、体系pH为3、溶液中Cr(Ⅵ)初始质量浓度为400 mg/L的条件下,PEI-PANI/GO对Cr(Ⅵ)的平衡吸附量达117.63 mg/g。PEI-PANI/GO对溶液中Cr(Ⅵ)的吸附行为更符合准二级动力学模型和Langmuir等温吸附模型,表明吸附过程是单分子层吸附。经过循环吸附再生后第4次使用,PEI-PANI/GO对Cr(Ⅵ)的吸附量从117.63 mg/g降至84.27 mg/g,仍能保持71.64%的吸附量,说明其重复使用性能良好。     

面向废水深度净化的氧化石墨烯膜过滤技术

膜过滤技术作为一种高效、低能耗、二次污染少的技术,已广泛用于工业废水的深度净化与再生中。传统有机膜在工业废水深度净化处理中存在着耐氧化性不足、使用条件苛刻、膜污染控制困难等问题。同时,膜过滤过程中产生的有机物/无机盐混合浓水也阻碍了浓水的资源化利用。氧化石墨烯膜作为下一代的膜材料具有更好的耐氧化性、亲水性,且制备成本低廉,对有机物与无机盐的分离性能优异,有望在工业废水的深度净化与回用中得到广泛应用。在阅读文献资料的基础上,梳理了氧化石墨烯膜的制备、性能特点,采用氧化石墨烯膜过滤技术进行工业废水深度净化的研究现状及尚待解决的问题,如材料的稳定性能及膜污染控制等。最后指出氧化石墨烯膜过滤技术在未来应逐步实现应用放大,并在工业废水深度净化、实现水与资源回用,达到近“零排放”的水处理过程中发挥重要作用。     

ZnO/氧化石墨烯的制备及其对亚硝酸盐的光催化降解

利用沉淀法制备了ZnO光催化剂,并将其负载在氧化石墨烯上,制得ZnO/氧化石墨烯复合材料,研究了该复合材料对亚硝酸钠的光催化降解效果。采用XRD和SEM技术对光催化剂进行表征。考察了初始亚硝酸钠质量浓度、溶液pH、ZnO/氧化石墨烯加入量对亚硝酸钠降解效果的影响。表征结果显示：ZnO/氧化石墨烯晶体的晶型发育良好、结晶度高;新生成的混晶结构提高了催化剂的光催化活性。实验结果表明：在初始亚硝酸钠质量浓度246 mg/L、溶液pH 5、ZnO/氧化石墨烯加入量1.0 g/L的条件下,经过150 min的紫外光降解,亚硝酸钠的质量浓度降至70 mg/L,亚硝酸钠的降解率为71.38%;ZnO与氧化石墨烯的协同效应有效提高了光催化反应体系的效率,ZnO/氧化石墨烯对亚硝酸钠的降解能力远高于氧化石墨烯和ZnO。     

N原子杂化石墨烯高效活化过一硫酸盐降解RBk5染料废水

过硫酸盐高级氧化技术使用过程中,活化剂的大量流失与其环境二次危害是影响该技术应用的主要限制因素.针对这一问题本研究采用改进的Hummers法结合水热法制备环境友好型的N原子掺杂石墨烯作为催化剂,活化过一硫酸盐(PMS)产生硫酸根自由基(SO4-·)和羟基自由基(·OH)降解活性黑5(RBk5)染料.利用傅立叶红外光谱,X-射线光电子能谱,拉曼光谱和透射电子显微镜对N原子掺杂石墨烯进行表征.对催化剂催化性能进行研究,考察了初始p H、催化剂投加量和PMS投加量等因素对降解过程的影响.结果表明,N元素掺杂能够有效提升石墨烯材料的PMS催化活性,且活性受N掺杂比例影响较大;废水的初始p H对降解效率无明显影响.催化剂投加量为1. 5 g·L-1,PMS投加量为0. 3 g·L-1的条件下,反应25min后RBk5染料废水的降解率可达到99%以上,反应过程符合一级反应动力学.自由基猝灭实验显示,N掺杂石墨烯/PMS体系降解RBk5为表面反应,SO4-·和·OH为降解RBk5的主要自由基.循环实验证明催化剂稳定性能良好.     

粉煤灰/氧化石墨烯复合材料吸附Hg (Ⅱ)

利用壳聚糖（CS）将氧化石墨烯（GO）交联到粉煤灰颗粒上,制备出粉煤灰/氧化石墨烯（FCGO）复合吸附材料。扫描电子显微镜（SEM）、漫反射红外光谱（DRIFT）和X射线电子光谱（XPS）对FCGO的研究表明GO被成功负载到粉煤灰上。静态吸附实验表明pH值接近中性时有利于FCGO对Hg（Ⅱ）的吸附,共存阴离子促进而阳离子抑制对Hg（Ⅱ）的吸附。动力学研究表明FCGO吸附Hg（Ⅱ）符合Elovich方程模型,饱和吸附量高达42.2 mg·g-1。非线性Redlich-Peterson模型比Langmuir和Freundlich模型更适合描述吸附过程。热力学参数ΔH0=12.20 kJ·mol-1,ΔS0=48.92 J·（mol·K）-1,ΔG0=-4.09 kJ·mol-1（333 K）表明吸附过程是吸热且自发进行的。分析吸附前后FCGO的DRIFT和XPS光谱,推测对Hg（Ⅱ）的吸附主要是静电吸引作用。     

CQDs-rGO/GF阴极电芬顿体系中过氧化氢的生成和对硝基苯酚的降解

对二维材料石墨烯进行表面修饰以提高其催化性能为目前较为重要的研究方向。利用水热法合成了直径5 nm的零维材料碳量子点(carbon quantum dots, CQDs),将其与还原石墨烯(reduced graphene oxide,rGO)进行结合,并载于石墨片(graphite flake,GF)表面制备了CQDs-rGO/GF复合电极。将该电极作为电芬顿体系的阴极,考察了CQDs对氧的二电子电化学还原生成过氧化氢的阴极反应的影响;以对硝基苯酚(p-nitrophenol,PNP)为目标污染物,考察了在Fe²⁺存在时该电芬顿体系对PNP的降解性能。结果表明：CQDs显著提高了阴极的活性,CQDs-rGO/GF阴极体系中过氧化氢的生成量是rGO/GF电极的1.9倍,是GF电极的2.4倍;在Fe²⁺存在时,该电芬顿体系对PNP的降解率达到90.6%,COD去除率为64.3%;羟基自由基是使PNP降解的主要活性物种。降解过程中PNP的UV-Vis谱图和COD去除率的变化均显示绝大部分PNP已被矿化,少量转化为小分子羧酸。以上研究结果表明,零维CQDs可用于提高二维材料rGO电极的催化性能。     

化学还原氧化石墨烯修饰PbO2电极及催化降解酸性红G

为了提高Ti/PbO₂电极的稳定性与催化氧化能力,将化学还原氧化石墨烯（RGO）以共沉积的方法修饰于β-PbO₂层.通过扫描电镜（SEM）,X射线衍射仪（XRD）,循环伏安法（CV）,电化学交流阻抗（EIS）,产羟基自由基（·OH）能力,强化寿命等测试方法对电极性能进行表征,并以酸性红G（ARG）为目标降解物,评估PbO₂-RGO电极的催化效果.结果表明,电极经RGO改性后晶型仍为β-PbO₂,析氧过电位由1.60V升至1.83V,膜阻抗由144 Ω/cm²降至16.2 Ω/cm²,强化寿命提升了43.6%.通过ARG降解实验表明,改性后的PbO₂-RGO电极催化性能均有所提高,其中PbO₂-RGO（0.05）电极具有最优的催化能力,120min内对ARG的脱色率可达到98.5%,同时对COD的去除率可达76.89%.     

磁性氧化石墨烯和磁性竹炭对Cr（Ⅵ）的吸附

制备了两种磁性碳基材料——磁性氧化石墨烯（MGO）和磁性竹炭（MBC）,并将其用于模拟含Cr（Ⅵ）废水的吸附。采用SEM,BET,FTIR技术对吸附剂进行了表征。表征结果显示：MBC具有与MGO相似的薄片层结构,且MBC的BET比表面积更大（为32.872 6 m²/g）,可为Cr（Ⅵ）提供大量的吸附位点。实验结果表明：向100 mL废水中加入20.0 mg吸附剂,在废水pH为1.0、吸附温度为30 ℃、初始Cr（Ⅵ）质量浓度为10.0 mg/L的条件下,MGO和MBC的平衡吸附时间分别为50,70 min,平衡吸附量分别为37.7,49.7 mg/g,吸附平衡时的Cr（Ⅵ）去除率分别为75.4%和99.4%;两种磁性材料对Cr（Ⅵ）的吸附均很好地符合Langmuir等温吸附模型;在酸性介质中,MGO和MBC的表面基团与HCr₂O₇^-和Cr₂O₇^2-之间有氢键作用。     

磁性还原氧化石墨烯负载Fe0对罗丹明B的类芬顿降解

合成了磁性还原氧化石墨烯负载零价纳米铁材料（Fe0-MF-RGO）,并在双氧水（H2O2）的作用下构成类芬顿试剂用于对罗丹明B（RhB）的吸附-催化降解。通过正交实验研究了pH值、Fe0-MF-RGO用量、RhB初始浓度、温度和H2O2浓度5个影响因素。在15 ℃、pH值为7.0、Fe0-MF-RGO投加量1.0 g·L-1、RhB初始浓度为50 mg·L-1以及H2O2浓度为0.8 mmol·L-1的条件下,150 min后模拟废水中RhB的去除率达到98.17%,经5次循环使用后去除率为72.97%。     

氧化石墨烯改性PVDF/PET复合膜的制备及其抗污染性能

采用PET编织管作为复合膜的结构层,将PVP和氧化石墨烯(GO)分别作为制孔剂和改性剂与PVDF基材混合,通过涂覆-浸没凝胶相转化法制备得到具有亲水性的高强度PVDF/PET编织管复合膜。观察复合膜的断面结构和表面形貌,测定其纯水通量、表面基团以及接触角等性能参数,并将不同浓度GO改性复合膜应用于序批式膜生物反应器(SMBR)中。利用原子力显微镜(AFM)及自制的污染物胶体探针测定了溶解性微生物产物(SMP)与膜面之间的微观作用力,考察改性复合膜的抗污染特性。在40 d的反应器运行实验中,GO改性复合膜的清洗周期较改性前延长了20%～40%,该结果说明改性复合膜能够有效抑制膜面对污染物的吸附,且GO质量分数为0.5%时清洗周期最长。AFM测试结果显示,复合膜中GO质量分数为0.5%时,SMP与膜面之间的黏附力最小,抗污染能力最强。