當前社會的快速發展造成了嚴重的重金屬離子污染,重金屬離子毒性大、分布廣、難降解,一旦進入生態環境,嚴重威脅人類的生命健康。目前,含重金屬離子廢水的處理方法主要有化學沉淀法、膜分離法、離子交換法、吸附法等等。而使用納米材料吸附重金屬離子成為當前科研人員的研究熱點。相對活性炭、碳納米管等碳基吸附材料,氧化石墨烯的比表面積更大,表面官能團(如羧基、環氧基、羥基等)更為豐富,具有很好的親水性,可以與金屬離子作用富集分離水相中的金屬離子;同時,氧化石墨烯片層可交聯極性小分子或聚合物制備出氧化石墨烯納米復合材料,吸附特性更加優異。石墨烯以優異的聲、光、熱、電、力等性質成為各新型材料領域追求的目標。浙江官能化氧化石墨
利用化學交聯和物理手段調控氧化石墨烯基膜片上的褶皺和片層間的距離是制備石墨烯基納濾膜的主要手段。由于氧化石墨烯片層間隙距離小,Jin等24利用真空過濾法在石墨烯片層間加入單壁碳納米管(SWCNT),氧化石墨烯片層間的距離明顯增加,水通量可達到6600-7200L/(m2.h.MPa),大約是傳統納濾膜水通量的100倍,對于染料的截留率達到97.4%-98.7%。Joshi等25研究了真空抽濾GO分散液制備微米級厚度層狀GO薄膜的滲透作用。通過一系列實驗表明,GO膜在干燥狀態下是真空壓實的,但作為分子篩浸入水中后,能夠阻擋所有水合半徑大于0.45 nm的離子,半徑小于0.45 nm的離子滲透速率比自由擴散高出數千倍,且這種行為是由納米毛細管網絡引起的。異常快速滲透歸因于毛細管樣高壓作用于石墨烯毛細管內部的離子。GO薄膜的這一特性在膜分離領域具有非常重要的應用價值。關于氧化石墨制造關于GO與水泥基復合材料的作用機制,研究者也有不同的觀點,目前仍沒有定論。
盡管氧化石墨烯自身可以發射熒光,但有趣的是它也可以淬滅熒光。這兩種看似相互矛盾的性質集于一身,正是由于氧化石墨烯化學成分的多樣性、原子和電子層面的復雜結構造成的。眾所周知,石墨形態的碳材料可以淬滅處于其表面的染料分子的熒光,同樣的,在GO和RGO中存在的SP2區域可以淬滅臨近一些物質的的熒光,如染料分子、共軛聚合物、量子點等,而GO的熒光淬滅效率在還原后還有進一步的提升。有很多文章定量分析了GO和RGO的熒光淬滅效率,研究表明,熒光淬滅特性來自于GO、RGO與輻射發生體之間的熒光共振能量轉移或者非輻射偶極-偶極耦合。
配體交換作用即:氧化石墨烯上原有的配位體被溶液中的金屬離子所取代,并以配位鍵的形式生成不溶于水的配合物,**終通過簡單的過濾即可從溶液中去除。Tang等47對Fe與GO(質量比為1:7.5)復合及Fe與Mn(摩爾比為3∶1)復合的氧化石墨烯/鐵-錳復合材料(GO/Fe-Mn)進行了吸附研究,通過一系列的實驗表明,氧化石墨烯對Hg2+的吸附機理主要是配體交換作用,其比較大吸附量達到32.9mg/g。Hg2+可在水環境中形成Hg(OH)2,與鐵錳氧化物中的活性點位(如-OH)發生配體交換作用,從而將Hg(OH)2固定在氧化石墨烯/鐵-錳復合材料上,達到去除水環境中Hg2+的目的。氧化石墨烯經一定功能化處理后可發揮更大的性能優勢,例如大比表面積、高敏感度和高選擇性等,這些特性對于氧化石墨烯作為吸附劑吸附水環境中的金屬離子有著重要的作用。從微觀方面,GO的聚集、分散、尺寸和官能團也對水泥基復合材料的力學性能有影響。
氧化石墨烯(GO)的比表面積很大,而厚度只有幾納米,具有兩親性,表面的各種官能團使其可與生物分子直接相互作用,易于化學修飾,同時具有良好的生物相容性,超薄的GO納米片很容易組裝成紙片或直接在基材上進行加工。另外,GO具有獨特的電子結構性能,可以通過熒光能量共振轉移和非輻射偶極-偶極相互作用能有效猝滅熒光體(染料分子、量子點及上轉換納米材料)的熒光。這些特點都使GO成為制作傳感器極好的基本材料[74-76]。Arben的研究中發現,將CdSe/ZnS量子點作為熒光供體,石墨、碳纖維、碳納米管和GO作為熒光受體,以上幾種碳材料對CdSe/ZnS量子點的熒光淬滅效率分別為66±17%、74±7%、71±1%和97±1%,因此與其他碳材料相比,GO具有更好的熒光猝滅效果[77]。氧化石墨烯可以有效去除溶液中的金屬離子。附近哪里有氧化石墨生產
氧化石墨中存在大量親水基團(如羧基與羥基),在水溶液中容易分散。浙江官能化氧化石墨
在氧化石墨烯的納米孔道中,分布著氧化區域和納米sp2雜化碳區域,水分子在通過氧化區域時能夠與含氧官能團形成氫鍵,從而增加了水流動阻力,而在雜化碳區域水流阻力很小。芳香碳網中形成的大多數通路被含氧官能團有效阻擋,從而分離海水中Na+和Cl-等小分子物質12, 13。相比于其他納米材料,GO為快速水輸送提供了較多優越性能,如光滑無摩擦的表面,超薄的厚度和超高的機械強度,所有這些特性都提高了水的滲透性。前超濾膜、納濾膜、反滲透膜等膜技術,已經成功地應用到水處理的各個領域,引起越來越多的企業家和科學家的關注8-11。GO薄膜在海水淡化領域的應用主要是去除海水中的鹽離子,探究GO薄膜的離子傳質行為具有更為重要的實用意義。浙江官能化氧化石墨
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