石墨烯的制备及其对镉吸附的研究thepreparationofgraphenenanomaterialsandtheir
自21世纪以来石墨烯在材料应用领域受到广泛的关注，被誉为未来半导体材料。石墨烯具有独特的二维单原子层结构，因此它具有许多优异的性能，例如石墨烯的比表面积比一般材料大，因此它的吸附能力非常强；它的抗拉强度和弹性模量达到125Gpa和1.1Tpa，远远超过了传统的钢铁材料。不仅如此，它在应用传感器上是重要的敏感材料，相信在未来石墨烯将发挥不可估量的作用。本文通过改良的Hummers方法来制备氧化石墨烯，再通过化学的方法还原石墨烯，并通过仪器来对产物是否为石墨烯进行表征判断。发现氧化石墨烯在9°左右出现衍射峰，说明石墨片层之间的化学键遭到破坏，还原成石墨烯时衍射峰重新回到26°，但是衍射强度变小，说明石墨片层之间的距离变大。同时我们对石墨烯进行镉离子吸附性能测试，发现石墨烯吸附性能特别好，平均吸附量比其他吸附剂高出很多，达到508.155mg/g,，并且吸附剂所需量少，吸附时间快。研究表明，石墨烯吸附机理符合准二级动力方程，说明石墨烯的吸附结合位点是有限的，长时间反应会产生吸附饱和现象。石墨烯的这些特点，将在污水处理领域发挥重要的作用。关键词石墨烯；镉离子；吸附；Hummers方法
目录
第一章 绪论 1
1.1 重金属简介及其危害 1
1.2 重金属水污染治理方法 3
1.2.1 沉淀法 3
1.2.2 絮凝法 4
1.2.3 生物法处理污水 4
1.2.4 吸附法 5
1.3 石墨烯 6
1.3.1 石墨烯发现的经过 6
1.3.2 石墨烯的结构 6
1.3.3 石墨烯的性能 7
1.3.4 石墨烯的制备方法 7
1.4 选题原因和主要内容 11
第二章 石墨烯制备与吸附试验方法 12
2.1 材料与设备 12
2.1.1 实验材料 12
2.1.2 实验设备 13
2.2实验工艺设计 17
2.2.1 石墨烯制备工艺流程 17
2.2.2 实验具体参数 17
2.2.3 吸附动力学实验 19
第三章 结果与讨论 21
3.1 石墨烯和 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
氧化石墨烯的表征 21
3.1.1 扫描电子显微镜表征（SEM） 21
3.1.2 X射线衍射仪 23
3.2 石墨烯动力学实验 26
3.2.1镉标准浓度曲线 26
3.2.2 动力学结果分析 27
3.2.3 吸附机理探究 31
结论 33
致谢 34
参考文献 35
第一章 绪论
1.1 重金属简介及其危害
随着时代的变迁，化工行业的迅速发展和电子产品日渐普及，“重金属”这个词逐渐进入大众的视野，然而它是以负面新闻出现的。从单纯的密度角度定义，我们一般把金属单质密度在4（4500kg/m3）以上的称作重金属。在元素周期表中符合此条件的元素有60种，但这60种元素在具体分类中有些归为稀土元素，有些称作难熔金属，因此在工业行业只有十种元素称作重金属。我们日常生活中最常见的重金属有金、银、铅、铜、铁，在环境污染最严重的重金属主要有铅、镉、汞、砷等。其中有些元素（砷等）是非金属元素，但其产生后果类似于部分重金属，故把它划为重金属污染。
目前重金属污染主要由化工、蓄电池、采矿、冶金、机械、化妆品等行业产生。这些行业使用的重金属未经过污水净化过程排放到河流中，这些重金属元素不能在水中分解，只能以化合物等形态一部分通过土壤被陆地中的农作物或者其他植物吸收，另有一部分进入微生物、虾、鱼等各种水生生物身体中。在两者途径中进过形态的转化和富集过程最终进入到肉食动物中，其中人类体内重金属元素富集量最多。二十世纪五十年代，因为DDT的富集作用导致美国的白头海雕出生率降低，险些面临灭绝的危险。由此可见，重金属污染是当前人类必须解决的问题。
表11 重金属污染主要来源
重金属元素
污染来源
铅
化学涂料、蓄电池、钢铁冶金、机械、金属电镀、金属煤矿、女性化妆品染发剂等。
镉
电镀厂、采矿场、金属冶炼、燃料、化学电池、化工厂污水等
汞
精密仪表厂、电解行业、贵金属冶炼、照明行业、齿科材料、煤矿、水生生物等
砷
采矿行业、冶金行业、化学制药、玻璃脱色剂、杀虫剂、老鼠药、蚊香、化肥、皮革、农药等
铬
化妆品原料、皮革、金属电镀、工业原料、橡胶、陶瓷原料等
铜
铜锌矿场、金属机械制造厂等
锌
锌矿开采，冶炼加工、电镀厂、仪表厂、造纸厂等
我国是拥有淡水资源最丰富的国家之一，水污染方面也相当严重。受工业废水，城市居民生活用水的影响，我国各大河流均受到重金属污染。全国700余条河流，河流底质污染率高，水体质量严重受损，其中近一半河流污染程度达到中等;还有一部分河流污染非常明显，水体已经无法供生物生存。市区河段污染情况高于非市区河段：绝大部分的城市水源污染刻不容缓。水污染趋势东部地区扩散向西部地区，支流污染向干流延伸，城市污染转移到农村蔓延，地表向地下渗透，从区域向流域扩散。中国七大流域中，7/10以上的河段均由于工业到不同程度的污染[]。
世界上因为重金属造成的危害至今让人心有余悸：1930年比利时马斯河谷工业区因为过度发展化工行业、金属、非金属冶炼行业导致工厂排出的有害气体造成多人患心脏病、肺病、呼吸道疾病死亡；美国多诺拉镇，因为大力办工厂，大部分地区空气污染严重；40年代初期洛杉矶市发生的光化学烟雾事件至今记忆犹新，该市群山环绕，为了加快经济发展，该市大力发展高速公路，导致全市汽车排放的尾气产生光化学烟雾，导致各种呼吸疾病致人死亡；2005年11月13日，一家石油公司意外发生事故导致松花江受到污染，哈尔滨各大超市出现疯狂抢购饮用水画面；2005年因为韶关某家冶炼厂重离子废水未达到排放标准导致出现严重镉污染，浓度超标12倍多，影响下游居民饮水。
在这些重金属污染中，人类对镉的危害研究有了五十年的历史。镉是环境重要的危害元素，它的半衰期很长，一般为10~35年[]。主要通过食物，烟草，空气进入人体，正常人体内镉如果超过40mg会发生镉中毒。镉通过呼吸和消化两种途径进入人体富集，对肺、肾、骨、肝及生殖器官等造成损伤。肺部镉超标的人会出现胸闷、干咳、头晕乏力等症状，严重者患有支气管炎，大量蛋白浆充满肺泡导致死亡[]。骨部位如果镉离子超标会加速脱钙，降低骨密度，使人患有骨质疏松时间长了会引发骨骼病变，例如软骨病等等都是这些原因[]。镉对肾的影响方面尤为明显，且对人类损伤尤为严重。它可以引起尿结石[]，提高肾结石的诱发率，造成肾细胞大量死亡，乳酸脱氢酶大量漏出，影响肾小管功能。镉对动物的危害主要在心功能方面，造成动脉粥样硬化，诱发心脑血管疾病[]。
目录
第一章 绪论 1
1.1 重金属简介及其危害 1
1.2 重金属水污染治理方法 3
1.2.1 沉淀法 3
1.2.2 絮凝法 4
1.2.3 生物法处理污水 4
1.2.4 吸附法 5
1.3 石墨烯 6
1.3.1 石墨烯发现的经过 6
1.3.2 石墨烯的结构 6
1.3.3 石墨烯的性能 7
1.3.4 石墨烯的制备方法 7
1.4 选题原因和主要内容 11
第二章 石墨烯制备与吸附试验方法 12
2.1 材料与设备 12
2.1.1 实验材料 12
2.1.2 实验设备 13
2.2实验工艺设计 17
2.2.1 石墨烯制备工艺流程 17
2.2.2 实验具体参数 17
2.2.3 吸附动力学实验 19
第三章 结果与讨论 21
3.1 石墨烯和 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
氧化石墨烯的表征 21
3.1.1 扫描电子显微镜表征（SEM） 21
3.1.2 X射线衍射仪 23
3.2 石墨烯动力学实验 26
3.2.1镉标准浓度曲线 26
3.2.2 动力学结果分析 27
3.2.3 吸附机理探究 31
结论 33
致谢 34
参考文献 35
第一章 绪论
1.1 重金属简介及其危害
随着时代的变迁，化工行业的迅速发展和电子产品日渐普及，“重金属”这个词逐渐进入大众的视野，然而它是以负面新闻出现的。从单纯的密度角度定义，我们一般把金属单质密度在4（4500kg/m3）以上的称作重金属。在元素周期表中符合此条件的元素有60种，但这60种元素在具体分类中有些归为稀土元素，有些称作难熔金属，因此在工业行业只有十种元素称作重金属。我们日常生活中最常见的重金属有金、银、铅、铜、铁，在环境污染最严重的重金属主要有铅、镉、汞、砷等。其中有些元素（砷等）是非金属元素，但其产生后果类似于部分重金属，故把它划为重金属污染。
目前重金属污染主要由化工、蓄电池、采矿、冶金、机械、化妆品等行业产生。这些行业使用的重金属未经过污水净化过程排放到河流中，这些重金属元素不能在水中分解，只能以化合物等形态一部分通过土壤被陆地中的农作物或者其他植物吸收，另有一部分进入微生物、虾、鱼等各种水生生物身体中。在两者途径中进过形态的转化和富集过程最终进入到肉食动物中，其中人类体内重金属元素富集量最多。二十世纪五十年代，因为DDT的富集作用导致美国的白头海雕出生率降低，险些面临灭绝的危险。由此可见，重金属污染是当前人类必须解决的问题。
表11 重金属污染主要来源
重金属元素
污染来源
铅
化学涂料、蓄电池、钢铁冶金、机械、金属电镀、金属煤矿、女性化妆品染发剂等。
镉
电镀厂、采矿场、金属冶炼、燃料、化学电池、化工厂污水等
汞
精密仪表厂、电解行业、贵金属冶炼、照明行业、齿科材料、煤矿、水生生物等
砷
采矿行业、冶金行业、化学制药、玻璃脱色剂、杀虫剂、老鼠药、蚊香、化肥、皮革、农药等
铬
化妆品原料、皮革、金属电镀、工业原料、橡胶、陶瓷原料等
铜
铜锌矿场、金属机械制造厂等
锌
锌矿开采，冶炼加工、电镀厂、仪表厂、造纸厂等
我国是拥有淡水资源最丰富的国家之一，水污染方面也相当严重。受工业废水，城市居民生活用水的影响，我国各大河流均受到重金属污染。全国700余条河流，河流底质污染率高，水体质量严重受损，其中近一半河流污染程度达到中等;还有一部分河流污染非常明显，水体已经无法供生物生存。市区河段污染情况高于非市区河段：绝大部分的城市水源污染刻不容缓。水污染趋势东部地区扩散向西部地区，支流污染向干流延伸，城市污染转移到农村蔓延，地表向地下渗透，从区域向流域扩散。中国七大流域中，7/10以上的河段均由于工业到不同程度的污染[]。
世界上因为重金属造成的危害至今让人心有余悸：1930年比利时马斯河谷工业区因为过度发展化工行业、金属、非金属冶炼行业导致工厂排出的有害气体造成多人患心脏病、肺病、呼吸道疾病死亡；美国多诺拉镇，因为大力办工厂，大部分地区空气污染严重；40年代初期洛杉矶市发生的光化学烟雾事件至今记忆犹新，该市群山环绕，为了加快经济发展，该市大力发展高速公路，导致全市汽车排放的尾气产生光化学烟雾，导致各种呼吸疾病致人死亡；2005年11月13日，一家石油公司意外发生事故导致松花江受到污染，哈尔滨各大超市出现疯狂抢购饮用水画面；2005年因为韶关某家冶炼厂重离子废水未达到排放标准导致出现严重镉污染，浓度超标12倍多，影响下游居民饮水。
在这些重金属污染中，人类对镉的危害研究有了五十年的历史。镉是环境重要的危害元素，它的半衰期很长，一般为10~35年[]。主要通过食物，烟草，空气进入人体，正常人体内镉如果超过40mg会发生镉中毒。镉通过呼吸和消化两种途径进入人体富集，对肺、肾、骨、肝及生殖器官等造成损伤。肺部镉超标的人会出现胸闷、干咳、头晕乏力等症状，严重者患有支气管炎，大量蛋白浆充满肺泡导致死亡[]。骨部位如果镉离子超标会加速脱钙，降低骨密度，使人患有骨质疏松时间长了会引发骨骼病变，例如软骨病等等都是这些原因[]。镉对肾的影响方面尤为明显，且对人类损伤尤为严重。它可以引起尿结石[]，提高肾结石的诱发率，造成肾细胞大量死亡，乳酸脱氢酶大量漏出，影响肾小管功能。镉对动物的危害主要在心功能方面，造成动脉粥样硬化，诱发心脑血管疾病[]。
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