氧化石墨烯納米材料對(duì)水體中雌二醇污染物的吸附行為機(jī)制研究
發(fā)布時(shí)間：2020-12-13 07:27
隨著經(jīng)濟(jì)和工業(yè)的加速發(fā)展,越來(lái)越多含有環(huán)境雌激素的廢水被排放到水環(huán)境中,對(duì)人類(lèi)和生物體造成很大的危害。因此,需要選擇合適的工藝對(duì)水體中的環(huán)境雌激素進(jìn)行有效去除,以保護(hù)好生態(tài)環(huán)境及人類(lèi)健康。吸附法是一種成本低、工藝簡(jiǎn)單和處理效率高的污染物去除方法,在去除水體中環(huán)境雌激素污染物的領(lǐng)域有較高的應(yīng)用潛力。近年來(lái),氧化石墨烯材料引起了廣泛的關(guān)注,其是一種呈蜂巢晶格排列構(gòu)成的二維平面單層碳材料,具有層狀結(jié)構(gòu)、大的比表面積以及較多的活性官能團(tuán),使其在吸附去除污染物的方面具有較大的優(yōu)勢(shì)。本文主要研究了氧化石墨烯對(duì)代表性環(huán)境雌激素雌二醇的吸附性能,揭示了其主要吸附作用機(jī)理。吸附過(guò)程往往受到吸附劑自身表面結(jié)構(gòu)以及外部環(huán)境條件的影響,故本文著重調(diào)查了氧化石墨烯表面結(jié)構(gòu)、自然有機(jī)物質(zhì)以及無(wú)機(jī)納米顆粒對(duì)雌二醇吸附的影響機(jī)制。此外,由于氧化石墨烯親水性高,存在難以固液分離的問(wèn)題,因此制備出磁性氧化石墨烯復(fù)合材料,并在其表面用環(huán)糊精化合物進(jìn)行功能化修飾,提升其吸附性能,考察了功能化磁性氧化石墨烯對(duì)雌二醇的吸附性能。本文的具體研究工作及成果可以歸納為以下五個(gè)方面:第一部分研究了氧化石墨烯對(duì)水體中的雌二醇污染物的吸附性...
【文章來(lái)源】：湖南大學(xué)湖南省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁(yè)數(shù)】：143 頁(yè)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【部分圖文】：
環(huán)境雌激素的主要來(lái)源Figure1.1Schematicillustrationofmainsourcesofestrogenreleasetotheenvironment[6]
對(duì)許多研究學(xué)者提出的氧化石墨烯結(jié)構(gòu)模型可歸納為早期模型、Lerf Klinowski 模型和氧化碎片模型。1.3.2.1 早期模型最旱關(guān)于氧化石墨烯的結(jié)構(gòu)模型是由 Hofmann 和 Holst 提出[73]，認(rèn)為氧化石墨烯是以石墨片層結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，其表面擁有大量的 1,2 環(huán)氧基團(tuán)，其分子式可描述為 C2O。之后，Ruess 對(duì) Hofmann 的模型進(jìn)行了改進(jìn)，將羥基引入石墨片面結(jié)構(gòu)表面，用來(lái)解釋氧化石墨烯當(dāng)中的 H 原子的存在。同時(shí)，還將骨架結(jié)構(gòu)中的碳原子由 sp2雜化改成 sp3雜化[74]。和 Hofmann 和 Holst 相似的結(jié)論是，Ruess 也認(rèn)為氧化石墨烯是由一個(gè)最小單元循環(huán)重復(fù)組成的。隨后，Scholz 和 Boehm 提出了另一種新的結(jié)構(gòu)模型，該模型將環(huán)氧基和醚基結(jié)構(gòu)完全去除，取而代之的是醌基和羥基結(jié)構(gòu)周期出現(xiàn)在石墨骨架上[75]。另外一個(gè)值得注意的模型是 Nakajima–Matsuo 提出的模型，該模型假設(shè)氧化石墨結(jié)構(gòu)類(lèi)似于(C2F)n，其基本單元結(jié)構(gòu)是有兩層片層組成的插層結(jié)構(gòu)化合物[76]。上述結(jié)構(gòu)模型為對(duì)氧化石墨烯結(jié)構(gòu)的了解奠定了初步的基礎(chǔ)。
1.3.2.2 Lerf Klinowski 模型和早期模型相比，近期提出的氧化石墨烯結(jié)構(gòu)模型基本不再認(rèn)為氧化石墨烯存在的規(guī)整周期結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)而認(rèn)為是一種非對(duì)稱(chēng)無(wú)定形的架構(gòu)結(jié)構(gòu)。其中最引人注目的是 Lerf Klinowski 模型，如圖 1.3 所示。Lerf 和 Klinowski 等[78, 79]采用核磁共振譜（NMR）、紅外光譜（FTIR）以及 X–射線(xiàn)光電子能譜（XPS）等表征技術(shù)對(duì)氧化石墨烯結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)氧化石墨烯是由未被氧化的芳香性苯環(huán)和脂肪類(lèi)六元環(huán)構(gòu)成，區(qū)域的相對(duì)大小是由氧化石墨烯的氧化程度決定。1,2 環(huán)氧基團(tuán)和羥基位于氧化石墨烯平面中央，而在平面的邊緣區(qū)域主要分布著羧基和羥基。一些學(xué)者采用外部?jī)x器，例如高分辨電子透射電鏡（HR TEM），也觀察到了相似的結(jié)構(gòu)，這進(jìn)一步支撐 Lerf Klinowski 模型的真實(shí)性[80]。近年來(lái)，有研究者指出Lerf Klinowski 模型忽略了石墨原料、氧化劑以及氧化方法對(duì)于氧化石墨烯結(jié)構(gòu)的影響[81, 82]。同時(shí)，有研究者通過(guò)電子掃描電鏡（SEM）發(fā)現(xiàn)氧化石墨烯不僅有高度無(wú)序的氧化區(qū)域、未氧化的芳香性苯環(huán)，還有過(guò)度氧化以及片層剝離而產(chǎn)生的孔洞缺陷[80, 83]。
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]氧化石墨烯的制備及應(yīng)用研究進(jìn)展[J]. 孟竹,黃安平,張文學(xué),郭效軍,張永霞,朱博超. 合成材料老化與應(yīng)用. 2017(06)
[2]氧化石墨烯的制備及結(jié)構(gòu)研究進(jìn)展[J]. 朱宏文,段正康,張蕾,尹科. 材料科學(xué)與工藝. 2017(06)
[3]單層氧化石墨烯改性水性聚氨酯[J]. 胡令,蔣平平,張萍波,卞剛,盛松松,黃敏,夏嘉良. 高分子材料科學(xué)與工程. 2016(09)
[4]雌二醇對(duì)香豬睪丸中SF-1和3β-HSD及NOS表達(dá)的影響[J]. 鐘壘,曲月秀,陳釗,主性,馮杰,田興貴. 貴州農(nóng)業(yè)科學(xué). 2015(09)
[5]己烯雌酚對(duì)幼年香豬睪丸與附睪雌激素受體和一氧化氮合酶表達(dá)和分布的影響[J]. 鐘壘,主性,馮杰,田興貴. 解剖學(xué)報(bào). 2015(03)
[6]中國(guó)畜禽糞便的能源潛力與氮磷耕地負(fù)荷及總量控制[J]. 朱建春,張?jiān)鰪?qiáng),樊志民,李榮華. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào). 2014(03)
[7]Hummers法合成石墨烯的關(guān)鍵工藝及反應(yīng)機(jī)理[J]. 任小孟,王源升,何特. 材料工程. 2013(01)
[8]Synchronous municipal sewerage-sludge stabilization[J]. Godefroid Bukuru, Yang Jian (School of Environment Science and Engineering, Tongji University, Shanghai 200092, China.. Journal of Environmental Sciences. 2005(01)
博士論文
[1]功能化氧化石墨烯的制備及其吸附性能研究[D]. 譚平.華南理工大學(xué) 2015
本文編號(hào)：2914168
【文章來(lái)源】：湖南大學(xué)湖南省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁(yè)數(shù)】：143 頁(yè)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【部分圖文】：
環(huán)境雌激素的主要來(lái)源Figure1.1Schematicillustrationofmainsourcesofestrogenreleasetotheenvironment[6]
對(duì)許多研究學(xué)者提出的氧化石墨烯結(jié)構(gòu)模型可歸納為早期模型、Lerf Klinowski 模型和氧化碎片模型。1.3.2.1 早期模型最旱關(guān)于氧化石墨烯的結(jié)構(gòu)模型是由 Hofmann 和 Holst 提出[73]，認(rèn)為氧化石墨烯是以石墨片層結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，其表面擁有大量的 1,2 環(huán)氧基團(tuán)，其分子式可描述為 C2O。之后，Ruess 對(duì) Hofmann 的模型進(jìn)行了改進(jìn)，將羥基引入石墨片面結(jié)構(gòu)表面，用來(lái)解釋氧化石墨烯當(dāng)中的 H 原子的存在。同時(shí)，還將骨架結(jié)構(gòu)中的碳原子由 sp2雜化改成 sp3雜化[74]。和 Hofmann 和 Holst 相似的結(jié)論是，Ruess 也認(rèn)為氧化石墨烯是由一個(gè)最小單元循環(huán)重復(fù)組成的。隨后，Scholz 和 Boehm 提出了另一種新的結(jié)構(gòu)模型，該模型將環(huán)氧基和醚基結(jié)構(gòu)完全去除，取而代之的是醌基和羥基結(jié)構(gòu)周期出現(xiàn)在石墨骨架上[75]。另外一個(gè)值得注意的模型是 Nakajima–Matsuo 提出的模型，該模型假設(shè)氧化石墨結(jié)構(gòu)類(lèi)似于(C2F)n，其基本單元結(jié)構(gòu)是有兩層片層組成的插層結(jié)構(gòu)化合物[76]。上述結(jié)構(gòu)模型為對(duì)氧化石墨烯結(jié)構(gòu)的了解奠定了初步的基礎(chǔ)。
1.3.2.2 Lerf Klinowski 模型和早期模型相比，近期提出的氧化石墨烯結(jié)構(gòu)模型基本不再認(rèn)為氧化石墨烯存在的規(guī)整周期結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)而認(rèn)為是一種非對(duì)稱(chēng)無(wú)定形的架構(gòu)結(jié)構(gòu)。其中最引人注目的是 Lerf Klinowski 模型，如圖 1.3 所示。Lerf 和 Klinowski 等[78, 79]采用核磁共振譜（NMR）、紅外光譜（FTIR）以及 X–射線(xiàn)光電子能譜（XPS）等表征技術(shù)對(duì)氧化石墨烯結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)氧化石墨烯是由未被氧化的芳香性苯環(huán)和脂肪類(lèi)六元環(huán)構(gòu)成，區(qū)域的相對(duì)大小是由氧化石墨烯的氧化程度決定。1,2 環(huán)氧基團(tuán)和羥基位于氧化石墨烯平面中央，而在平面的邊緣區(qū)域主要分布著羧基和羥基。一些學(xué)者采用外部?jī)x器，例如高分辨電子透射電鏡（HR TEM），也觀察到了相似的結(jié)構(gòu)，這進(jìn)一步支撐 Lerf Klinowski 模型的真實(shí)性[80]。近年來(lái)，有研究者指出Lerf Klinowski 模型忽略了石墨原料、氧化劑以及氧化方法對(duì)于氧化石墨烯結(jié)構(gòu)的影響[81, 82]。同時(shí)，有研究者通過(guò)電子掃描電鏡（SEM）發(fā)現(xiàn)氧化石墨烯不僅有高度無(wú)序的氧化區(qū)域、未氧化的芳香性苯環(huán)，還有過(guò)度氧化以及片層剝離而產(chǎn)生的孔洞缺陷[80, 83]。
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]氧化石墨烯的制備及應(yīng)用研究進(jìn)展[J]. 孟竹,黃安平,張文學(xué),郭效軍,張永霞,朱博超. 合成材料老化與應(yīng)用. 2017(06)
[2]氧化石墨烯的制備及結(jié)構(gòu)研究進(jìn)展[J]. 朱宏文,段正康,張蕾,尹科. 材料科學(xué)與工藝. 2017(06)
[3]單層氧化石墨烯改性水性聚氨酯[J]. 胡令,蔣平平,張萍波,卞剛,盛松松,黃敏,夏嘉良. 高分子材料科學(xué)與工程. 2016(09)
[4]雌二醇對(duì)香豬睪丸中SF-1和3β-HSD及NOS表達(dá)的影響[J]. 鐘壘,曲月秀,陳釗,主性,馮杰,田興貴. 貴州農(nóng)業(yè)科學(xué). 2015(09)
[5]己烯雌酚對(duì)幼年香豬睪丸與附睪雌激素受體和一氧化氮合酶表達(dá)和分布的影響[J]. 鐘壘,主性,馮杰,田興貴. 解剖學(xué)報(bào). 2015(03)
[6]中國(guó)畜禽糞便的能源潛力與氮磷耕地負(fù)荷及總量控制[J]. 朱建春,張?jiān)鰪?qiáng),樊志民,李榮華. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào). 2014(03)
[7]Hummers法合成石墨烯的關(guān)鍵工藝及反應(yīng)機(jī)理[J]. 任小孟,王源升,何特. 材料工程. 2013(01)
[8]Synchronous municipal sewerage-sludge stabilization[J]. Godefroid Bukuru, Yang Jian (School of Environment Science and Engineering, Tongji University, Shanghai 200092, China.. Journal of Environmental Sciences. 2005(01)
博士論文
[1]功能化氧化石墨烯的制備及其吸附性能研究[D]. 譚平.華南理工大學(xué) 2015
本文編號(hào)：2914168
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