功能化氧化石墨烯复合材料的制备及其对污染物吸附研究的任务书.docx

功能化氧化石墨烯复合材料的制备及其对污染物吸附研究的任务书
一、项目背景及研究意义
大气污染严重危害着人们的健康和生态环境。其中，VOCs（挥发性有机物）是主要的污染源之一，主要来自于工业和汽车尾气排放等，对健康和环境具有严重的危害。因此，研究新型高效的污染物吸附材料对于环保治理和人民健康至关重要。
石墨烯作为一种新型的碳材料，因其优异的力学、电学、热学和光学性能，以及高表面积、大孔径，被广泛地用于催化、吸附、分离等领域。在工业废气和汽车尾气中，常见的挥发性有机物包括苯、甲苯、二甲苯、乙苯和氯乙烯等，这些有机物具有不同的结构和性质，因此需要选择合适的吸附材料。功能化氧化石墨烯被认为是低成本、高效、易于制备和回收的吸附材料。
因此，本研究旨在探究一种新型的氧化石墨烯复合材料的制备方法，及其在污染物去除方面的应用。
二、研究目标和研究内容
本研究的目标是制备一种高性能的氧化石墨烯复合材料，并研究其在挥发性有机物去除方面的应用。
实现此目标，本研究将从以下几个方面进行探究：
1.氧化石墨烯的制备优化。
采用一种改进的Hummer方法，在控制反应中合理控制温度和时间的基础上，通过表面改性，提高氧化石墨烯的表面官能团含量，使其具有更好的吸附性能。同时，通过SEM、TEM等手段，对氧化石墨烯的形貌、结构进行表征。
2.功能化氧化石墨烯复合材料的制备和表征
将改进后的氧化石墨烯与其他材料（如纳米纤维素、纳米TiO2等）进行复合，制备一种具有特殊功效的吸附材料。利用FTIR、XRD、SEM和TEM等技术手段，表征复合材料的结构、形貌等。同时，考虑复合材料的生产成本，进行经济性评价。
3.吸附剂的性能研究
将所制备的吸附材料应用于VOCs的去除，实验室中模拟污染物气相，在室内自攻击装置上进行测试，并通过气相色谱法和质谱法等技术手段，分析吸附剂对有害气体的去除效率、吸附容量、吸附动力学和吸附机理等。
三、研究方案及实验设计
1.氧化石墨烯制备
按照改进的Hummer方法进行氧化石墨烯的制备，采用盐酸与提纯水进行水洗和淘汰，并采取扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）等手段对石墨烯的形貌和结构进行表征。
2.氮化石墨烯复合材料的制备
1）氧化石墨烯与氮化纳米纤维素复合材料的制备
过程：将改进后的氧化石墨烯与氮化纳米纤维素按照一定比例混合，并利用超声波及高速剪切等作用将复合物混合均匀，制备复合材料。
2）氧化石墨烯与纳米TiO2复合材料的制备
过程：将改进后的氧化石墨烯与纳米TiO2按照一定比例混合，并利用超声波及高速剪切等作用将复合物混合均匀，制备复合材料。
3.吸附剂性能测定和分析
对制备的复合吸附材料进行实验室模拟污染物气相上吸附性能测试，选择苯、甲苯、二甲苯、乙苯和氯乙烯等五种具有代表性的挥发性有机物。通过气相色谱法和质谱法等技术手段对吸附剂吸附效率、吸附容量、吸附动力学和吸附机理等进行研究分析。
四、预期结果和意义
本研究计划制备一种高效的氧化石墨烯复合吸附材料，并对其吸附性能进行研究。预期结果包括：
1.改进Hummer方法，制备表面官能团更多的氧化石墨烯。
2.制备出氧化石墨烯复合吸附材料。
3.对制备的吸附材料进行实验室模拟污染物气相上吸附性能测试，获得最佳的吸附剂性能参数（吸附效率、吸附容量、吸附动力学和吸附机理等）数据。
本研究结果将有助于提高VOCs污染治理的技术水平，为产业界提供高性价比的氧化石墨烯吸附材料，为环保治理提供一种新的解决方案。