石墨烯的制备及其对锰离子吸附的研究thepreparationofgrapheneanditsremovalofmnio
自21世纪以来，中国工业迅猛发展，越来越多的重金属离子被排放到与我们息息相关的水环境当中，这在很大程度上影响了我们的生活质量与人生安全。而石墨烯因为其独特的二维结构，非常大的比表面积，所以石墨烯的吸附性能也非常优异。本文选择用石墨烯对重金属锰离子进行吸附，探究其吸附效果。本篇论文通过改良的Hummers方法制备石墨烯，并通过扫描电子显微镜、红外光谱仪、X射线衍射仪和拉曼光谱仪对实验过程中的氧化石墨烯与石墨烯进行结构表征，发现通过氧化还原得到的石墨烯呈絮状，表面有很多褶皱，并且经过XRD检测发现氧化石墨烯在9°左右出现衍射峰，说明石墨片层之间的化学键遭到破坏。氧化石墨烯还原成石墨烯时，在26°处重新出现衍射峰，但是衍射强度变小，这一点表明石墨片层之间的距离变大。最后，我们利用紫外可见近红外光分光光度计来研究不同时间条件下和不同氢离子浓度下石墨烯对锰离子的吸附效果，发现石墨烯在中性条件下对锰离子的吸附效果非常好，5min后吸附就达到平衡，并且锰离子去除率达到83%以上。在另一组实验中，氢离子浓度对石墨烯的吸附影响较大，在氢离子浓度大约为0.1mol/L到0.0001mol/L这一范围内，锰离子的去除率随着氢离子浓度的降低而升高。这些特点都对石墨烯在污水领域的处理有着重要的作用。关键词锰离子；石墨烯；Hummers方法；吸附
目录
第一章 绪论 1
1.1 锰离子简介及其危害 1
1.2 水中锰离子处理办法 1
1.2.1 化学法 1
1.2.1.1 化学还原沉淀法 1
1.2.1.2 其他化学方法 2
1.2.2 离子交换法 2
1.2.3 物理法 2
1.2.4 生物法 3
1.2.5 生活和工业用水要求 3
1.3 石墨烯 4
1.3.1 石墨烯的几何性质与化学性质 4
1.3.2 石墨烯的几何性质 4
1.3.3 石墨烯的电学性质 6
1.3.4 石墨烯的磁学性质 8
1.4 石墨烯的制备方法 8
1.4.1 机械剥离法 8
1.4.2氧化还原法 8
1. *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
4.3化学气相沉积法 9
1.4.4加热SiC法 9
1.4.5碳纳米管制备石墨烯带 10
1.4.6其他方法 10
1.5选题原因和主要内容 10
第二章 实验材料、设备及实验方法 12
2.1 实验材料 12
2.1.1 石墨烯制备所需材料 12
2.1.2 石墨烯吸附动力学实验所需材料 12
2.2实验设备 13
2.3实验方法 14
2.3.1石墨烯制备的实验方法 14
2.3.2 石墨烯吸附实验具体过程 15
第三章 实验结果与讨论 17
3.1 石墨烯和氧化石墨烯的结构表征 17
3.1.1 扫描电子显微镜表面观察（SEM） 17
3.1.2 X石墨烯与氧化石墨烯的XRD分析 18
3.1.3 X石墨烯的拉曼分析 21
3.1.4石墨烯的红外光谱分析 22
3.2石墨烯对锰离子的吸附效果 24
3.2.1锰离子的标准浓度曲线 24
3.2.2 吸附时间对石墨烯吸附效果的影响 27
3.2.3研究氢离子浓度对吸附效果的影响 29
3.3石墨烯吸附动力学 30
3.4本章小结 32
结论 33
致谢 34
参考文献 35
第一章 绪论
1.1 锰离子简介及其危害
锰是自然界中极其重要的元素，同时也是人体内所必需的的微量元素，它与骨骼的生长息息相关，是自然界中一切生命功能的基石。但是水中锰的含量一旦超标，不但会对环境造成极大污染，还会使饮用者的机体发生病变，甚至使其死亡。根据我国《饮用水卫生标准》（GB57492006):当饮用水中猛的含量低于0.1mg/l，则不会对饮用者的机体造成太大危害。但是，锰离子的浓度一旦超标，就极有可能造成人体锰离子中毒。早期表现为疲倦乏力、头昏头痛、肌肉酸痛、情绪不稳定、抑郁或激动，随着病情的发展，会出现下肢又沉重感走路摇晃，语言不清或“口吃”，表情呆滞；严重者会造成相应器官发生病变，肌肉僵直，机体震颤。在日本东京某一郊区，就曾经发生过这样一起大型锰离子中毒事件，造成多人死亡，轰动一时。
水是生命之源，万物的萌发与成长都离不开水的陪伴，可以说水是地球上最重要的资源。但是近些年来，由于国内造纸、电镀、有色金属冶炼和制药等加工工业的快速发展，不可避免地导致了重金属离子被大量排入水中，而锰离子就是其中非常重要的一员。同时伴随着各大媒体对污水乱排这一现象的大量报道，人们对重金属污染也越来越关注。一种高效去除水中重金属（包括锰离子）的方法亟待被发现。
1.2 水中锰离子处理办法
国内锰离子的处理方法一般有三大类：物理法、化学法、生物法。其中物理法与化学法被广泛用于污水中锰离子的处理。
1.2.1 化学法
1、化学还原沉淀法
化学还原沉淀法的基本原理是通过化学反应使废水中的重金属离子与加入的化学试剂相结合，从而得到新的化学物质—沉淀，通过固液分离方法使其分离。不同重金属离子要通过该方法实现去除目的，得加入不同的化学试剂，较为针对，去除效果也非常明显。但化学沉淀法也有其明显的缺点。如氢氧化物沉淀法，其所需占地面积较大，产生大量泥污，操作过程复杂，同时极容易产生二次污染。
2、其他化学方法
下面介绍几种常见的去除锰离子的化学法：
碱化除锰法：碱化除锰法是最早使用的，也是最简单的一种去除锰离子的方法。其原理是加入碱性物质到废水当中从而调节废水中的PH值，使PH达到9.5以上。在这种碱性条件下，二价锰离子会被氧化成二氧化锰，从而被沉淀析出。但这种去除废水中锰离子的效果，并不是很明显。
强氧化剂去锰法：强氧化剂去锰法是加入二氧化氯、高锰酸钾和氯水等氧化性较强的氧化物代替碱化除锰法中的碱性物质，从而使得锰离子被氧化的一种方法。该方法历史也比较悠久，在欧美国家应用比较普遍。
目录
第一章 绪论 1
1.1 锰离子简介及其危害 1
1.2 水中锰离子处理办法 1
1.2.1 化学法 1
1.2.1.1 化学还原沉淀法 1
1.2.1.2 其他化学方法 2
1.2.2 离子交换法 2
1.2.3 物理法 2
1.2.4 生物法 3
1.2.5 生活和工业用水要求 3
1.3 石墨烯 4
1.3.1 石墨烯的几何性质与化学性质 4
1.3.2 石墨烯的几何性质 4
1.3.3 石墨烯的电学性质 6
1.3.4 石墨烯的磁学性质 8
1.4 石墨烯的制备方法 8
1.4.1 机械剥离法 8
1.4.2氧化还原法 8
1. *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
4.3化学气相沉积法 9
1.4.4加热SiC法 9
1.4.5碳纳米管制备石墨烯带 10
1.4.6其他方法 10
1.5选题原因和主要内容 10
第二章 实验材料、设备及实验方法 12
2.1 实验材料 12
2.1.1 石墨烯制备所需材料 12
2.1.2 石墨烯吸附动力学实验所需材料 12
2.2实验设备 13
2.3实验方法 14
2.3.1石墨烯制备的实验方法 14
2.3.2 石墨烯吸附实验具体过程 15
第三章 实验结果与讨论 17
3.1 石墨烯和氧化石墨烯的结构表征 17
3.1.1 扫描电子显微镜表面观察（SEM） 17
3.1.2 X石墨烯与氧化石墨烯的XRD分析 18
3.1.3 X石墨烯的拉曼分析 21
3.1.4石墨烯的红外光谱分析 22
3.2石墨烯对锰离子的吸附效果 24
3.2.1锰离子的标准浓度曲线 24
3.2.2 吸附时间对石墨烯吸附效果的影响 27
3.2.3研究氢离子浓度对吸附效果的影响 29
3.3石墨烯吸附动力学 30
3.4本章小结 32
结论 33
致谢 34
参考文献 35
第一章 绪论
1.1 锰离子简介及其危害
锰是自然界中极其重要的元素，同时也是人体内所必需的的微量元素，它与骨骼的生长息息相关，是自然界中一切生命功能的基石。但是水中锰的含量一旦超标，不但会对环境造成极大污染，还会使饮用者的机体发生病变，甚至使其死亡。根据我国《饮用水卫生标准》（GB57492006):当饮用水中猛的含量低于0.1mg/l，则不会对饮用者的机体造成太大危害。但是，锰离子的浓度一旦超标，就极有可能造成人体锰离子中毒。早期表现为疲倦乏力、头昏头痛、肌肉酸痛、情绪不稳定、抑郁或激动，随着病情的发展，会出现下肢又沉重感走路摇晃，语言不清或“口吃”，表情呆滞；严重者会造成相应器官发生病变，肌肉僵直，机体震颤。在日本东京某一郊区，就曾经发生过这样一起大型锰离子中毒事件，造成多人死亡，轰动一时。
水是生命之源，万物的萌发与成长都离不开水的陪伴，可以说水是地球上最重要的资源。但是近些年来，由于国内造纸、电镀、有色金属冶炼和制药等加工工业的快速发展，不可避免地导致了重金属离子被大量排入水中，而锰离子就是其中非常重要的一员。同时伴随着各大媒体对污水乱排这一现象的大量报道，人们对重金属污染也越来越关注。一种高效去除水中重金属（包括锰离子）的方法亟待被发现。
1.2 水中锰离子处理办法
国内锰离子的处理方法一般有三大类：物理法、化学法、生物法。其中物理法与化学法被广泛用于污水中锰离子的处理。
1.2.1 化学法
1、化学还原沉淀法
化学还原沉淀法的基本原理是通过化学反应使废水中的重金属离子与加入的化学试剂相结合，从而得到新的化学物质—沉淀，通过固液分离方法使其分离。不同重金属离子要通过该方法实现去除目的，得加入不同的化学试剂，较为针对，去除效果也非常明显。但化学沉淀法也有其明显的缺点。如氢氧化物沉淀法，其所需占地面积较大，产生大量泥污，操作过程复杂，同时极容易产生二次污染。
2、其他化学方法
下面介绍几种常见的去除锰离子的化学法：
碱化除锰法：碱化除锰法是最早使用的，也是最简单的一种去除锰离子的方法。其原理是加入碱性物质到废水当中从而调节废水中的PH值，使PH达到9.5以上。在这种碱性条件下，二价锰离子会被氧化成二氧化锰，从而被沉淀析出。但这种去除废水中锰离子的效果，并不是很明显。
强氧化剂去锰法：强氧化剂去锰法是加入二氧化氯、高锰酸钾和氯水等氧化性较强的氧化物代替碱化除锰法中的碱性物质，从而使得锰离子被氧化的一种方法。该方法历史也比较悠久，在欧美国家应用比较普遍。
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