摘 要

近年来，我国工业飞速发展，与之同时，大量的重金属离子也被排放到水环境中，造成严重的环境污染。其中铜离子(Cu² )是最重要的污染物之一。现今，主要通过吸附法、化学絮凝、电絮凝以及离子交换等方法处理含Cu² 废水。吸附法具有很多的优点，例如：成本低、可循环使用、对环境影响小、去除效果好，在处理重金属废水时优势明显。

石墨烯(GR)的比表面积很大、并且具有大量的吸附位点，是一种极具潜力的吸附材料。然而二维结构的石墨烯由于片层之间存在较强的π-π堆叠作用力，在水中易团聚，降低了其原本的吸附能力，限制了其在实际工程中的推广应用。

围绕这一问题，本论文制备了一种具有立体结构的植酸(PA)修饰的三维石墨烯(PA-GR)，可在一定程度上提高原平面结构石墨烯的吸附性能。结合正交试验结果确定最优条件后，将该材料应用于水中Cu² 的吸附，去除率达到84%。通过吸附等温线的拟合和对吸附机理的简单分析得出，所制备的材料对Cu² 的吸附量最高可以达到339.27 mg/g，且符合Langmuir等温吸附模型。

关键词：植酸 三维石墨烯 吸附 Cu²

Preparation of Phytic Acid Modified 3D Graphite and Its Adsorption Properties for Cu² in Water

Abstract

In recent years, the rapid development of our country's industry, at the same time, a large number of heavy metal ions have also been discharged into the water environment, causing serious environmental pollution. Copper ion (Cu² ) is one of the most important pollutants. At present, the main methods for treating Cu² containing wastewater are chemical flocculation, ion exchange, adsorption and electrocoagulation. Adsorption method has many advantages, such as good removal efficiency, low cost, friendly environment, recycling and so on, so it has unique advantages in the field of heavy metal wastewater treatment.

Graphene(GR) is a potential adsorbent because of its large specific surface area and high adsorption sites. However, the two-dimensional structure of graphene, due to the strong pion stacking force between lamellae, is easily aggregated in water and reduces its original adsorption capacity, limiting its application in practical engineering.

In order to solve this problem, a three dimensional graphene (PA-GR) modified by phytic acid(PA) has been prepared in this paper, which can improve the adsorption properties of the original graphene. Combined with the orthogonal test results, the optimum conditions were determined, and the material was applied to the adsorption of Cu² in water with a removal rate of 84%. Through the fitting of adsorption isotherm and analyzing the adsorption mechanism, the saturated adsorption capacity of the prepared materials to Cu² was 339.27 mg/g, and it was in accordance with the Langmuir isothermal adsorption model.

Keywords：Phytic acid; Three-dimensional Graphene; Adsorption; Cu²

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 引言 1

1.1 石墨烯 2

1.1.1 石墨烯的性质 2

1.1.2 石墨烯的制备 2

1.1.3 石墨烯在吸附中的应用 3

1.2三维石墨烯 3

1.2.1三维石墨烯材料的性质及应用 3

1.2.2三维石墨烯材料的制备 3

1.2.3植酸在PA-GR材料中的作用 4

1.3铜离子( Cu² ) 4

1.3.1 Cu² 对环境的污染现状 4

1.3.2 含Cu² 废水的处理方法 4

1.4 本论文的选题依据及主要研究内容 5

1.4.1 选题的目的及意义 5

1.4.2 研究内容研究方法 5

1.4.3 创新点 5

第二章 实验部分 6

2.1 试验材料与仪器 6

2.1.1 实验材料 6

2.1.2 试验仪器 6

2.2 GO的制备 6

2.3 PA-GR的制备 7

2.4 PA-GR的表征 7

2.5 PA-GR的制备条件优化 7

2.5.1 正交实验方案设计 7

2.5.2吸附试验 8

2.6 PA-GR对铜离子的吸附条件优化 8

2.6.1吸附时间 8

2.6.2 pH 8

2.7 PA-GR对铜离子的吸附研究 9

第三章 结果与讨论 10

3.1 PA-GR材料的表征 10

3.1.1 透射电镜（TEM）分析 10

3.2 PA-GR的制备条件的优化分析 10

3.2.1 反应时间 12

3.2.2 温度 12

3.2.3 pH 13

3.2.4 PA与GO的质量比的优化 14

3.3 PA-GR对铜离子的吸附条件优化分析 15

3.3.1 吸附时间 15

3.3.2 pH 16

3.4 PA-GR对铜离子的吸附研究 17

3.5 吸附等温线 18

结论 21

参考文献 22

致谢 25

第一章 引言

随着经济的发展，我国对环境治理方面的投入也越来越大，水中重金属污染的问题也越发得到重视^[1-4]。现今，常常采用吸附法、离子交换法、萃取法、化学沉淀法、膜技术等方法处理水中重金属离子。相较于其他方法，吸附法是一种高效、节能、环保的方法 ^[5-8]。找到适合的吸附材料对于进行吸附处理至关重要，而近年来石墨烯(Graphene，GR)因为其优异的吸附性能而被广泛研究 ^[9-11]，但如何最大地发挥出石墨烯的吸附性能需要更深入的进行研究。

二维结构的石墨烯材料虽然有较好的吸附性能，但因其在吸附后很难从水中分离出来，容易对水体造成二次污染，使其进一步的应用受到了限制。对二维结构的石墨烯进行适当的化学修饰后，不仅可以使其结构保持稳定，易于分离，而且可以一定程度上提高材料的比表面积，从而更充分地发挥出其吸附性能^[12]。目前已有很多对于三维结构的石墨烯材料的研究，大都是通过石墨烯混合其他物质形成三维的复合材料，从而优化其吸附性能^[13-14]。

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