聚多巴胺-石墨烯气凝胶的制备及其吸附性能研究.docx

聚多巴胺-石墨烯气凝胶的制备及其吸附性能研究
摘要
聚多巴胺-石墨烯气凝胶材料是近年来新兴的高性能吸附材料，具有比传统吸附材料更高的比表面积和孔径结构，能够有效地吸附重金属离子和有机污染物。本研究以石墨烯气凝胶为基础材料，采用简单易行的一步法将聚多巴胺修饰在气凝胶表面，通过扫描电镜、X射线衍射、傅里叶变换红外光谱等手段对得到的聚多巴胺-石墨烯气凝胶材料进行了表征。结果表明，聚多巴胺的修饰增大了材料的比表面积，并同时引入了一定数量的氮原子和碳氢基团，从而提高了吸附性能。同时，研究了吸附材料对染料污染物的吸附性能及其影响因素，发现吸附剂的饱和吸附量随着pH值的变化呈现明显的变化趋势。研究结果表明，聚多巴胺-石墨烯气凝胶作为一种新型吸附材料具有优异的吸附性能，具有广泛的应用前景。
关键词：聚多巴胺-石墨烯气凝胶；制备；吸附性能；染料
Abstract：
Polydopamine-grapheneaerogelmaterialisanewhigh-performanceabsorbentmaterialinrecentyears,whichhashigherspecificsurfaceareaandporestructurethantraditionalabsorbentmaterial.Itcaneffectivelyabsorbheavymetalionsandorganicpollutants.Inthisstudy,polydopaminewasmodifiedonthesurfaceofgrapheneaerogelbyasimpleandeasymethod,andtheobtainedpolydopamine-grapheneaerogelmaterialwascharacterizedbySEM,XRD,FTIRandothermethods.Theresultsshowedthatthemodificationofpolydopamineincreasedthespecificsurfaceareaofthematerial,andatthesametimeintroducedacertainnumberofnitrogenatomsandcarbon-hydrogengroups,thusimprovingtheadsorptionperformance.Meanwhile,theadsorptionperformanceoftheadsorbentfordyepollutantsanditsinfluencingfactorswerestudied,anditwasfoundthatthesaturatedadsorptioncapacityoftheadsorbentshowedasignificantchangetrendwiththechangeofpHvalue.Theresearchresultsshowthatpolydopamine-grapheneaerogel,asanewtypeofadsorbentmaterial,hasexcellentadsorptionperformanceandbroadapplicationprospects.
Keywords:polydopamine-grapheneaerogel;preparation;adsorptionperformance;dye
1.前言
随着人类工业生产、城市化和人口增长的快速发展，环境污染日益严重，各种有害物质的排放使地球的生态环境受到了严重的破坏，为保护和改善环境，寻求高效的处理技术和新型的吸附材料成为了当前亟待解决的问题。传统的吸附材料因其吸附能力有限、比表面积小等缺点，限制了其在环境治理中的应用。
石墨烯气凝胶是一种由石墨烯片层自组装而成的新型多孔材料，具有非常高的比表面积和孔径结构，因其优秀的催化、吸附性质而广泛应用于能源、环保和化学等领域[1-3]。近年来，将多功能有机分子与石墨烯气凝胶结合，制备出各种新型的吸附材料，提高了其在环境治理中的应用性。
2.实验部分
2.1实验材料
气凝胶原料：石墨烯气凝胶，外观呈黑色碎片状。
改性原料：多巴胺盐酸盐，外观呈深棕色粉末状。
吸附剂原料：甲基橙（MO）、甲基紫（MB）。
2.2实验方法
2.2.1气凝胶的制备
将石墨烯气凝胶与5%聚偏二氯乙烯（PVA）水溶液进行混合，振荡3h，离心收集。
将得到的凝胶放到高纯水中，进行多次更换，去除PVA。
将水凝胶置于真空气化器中，通入超临界CO2，在40℃下进行气凝胶的制备。
2.2.2多巴胺修饰的制备
将气凝胶放入多巴胺盐酸盐溶液中，反应10h。
将反应获得的多巴胺-石墨烯气凝胶，用去离子水冲洗干净并干燥。
2.2.3吸附性能测试
将