三维石墨气凝胶的制备与改性及其对油性材料吸附性能的研究开题报告

 2020-02-10 10:02
1.目的及意义(含国内外的研究现状分析)

随着工业发展,频繁的石油泄漏和工业排放的有机溶剂严重破坏了水生生态系统和人类生存。在2010年发生在墨西哥湾的石油泄漏事件是迄今为止人类历史上最大的石油泄露事故,它严重的污染了海岸线和近岸水域,给海洋生物造成了一场毁灭性的灾难。溢出的原油带来的影响可能会持续几十年甚至更长时间。除了这些环境和生态问题,溢出的油和有机化合物通常也可能会造成一个火灾和爆炸的危险,因为原油和大多数有机溶剂是高度易燃,一旦被点燃那是极其危险的。在清理溢油的现有技术中,吸油剂是一个普遍的选择。然而传统的吸附剂材料, 如无机矿物(活性炭、沸石、膨润土等)和天然纤维材料(玉米秸秆、非织造羊毛和棉花纤维)对油和有机溶剂通常表现出相对较低的吸附容量,较差选择性和循环性。因此,我们迫切需要研发一类新颖,高效,可循环,无污染的功能材料来移除水中的原油,有机溶剂和有毒染料等污染物。

石墨烯材料具有比表面积大、化学稳定性好、可修饰性强等优点,对水体中的污染物具有较强的吸附能力。但石墨烯结构层之间较强的π-π堆叠交互作用,容易使其在水中团聚从而降低其对油水混合物中油性材料的吸附容量。此外,二维石墨烯材料因其片薄、粒径细小,在水体环境固液分离中较难应用,易导致二次污染,从而限制其在水体污染治理方面的应用。将二维石墨烯组装成三维多孔网状聚集体,不仅能有效阻止石墨烯结构层的团聚堆积,利于污染物的扩散吸附,还便于吸附污染物后的固液分离。因此,相较于传统二维石墨烯吸附材料,三维石墨烯材料在水污染治理方面具有更为广阔的应用前景。

为了更好的在宏观尺度上利用石墨烯的一系列优异特性,构筑基于石墨烯的组装体结构成为了当下的研究热点。在众多的石墨烯组装体结构中,石墨烯气凝胶是最为引人注目的结构之一。石墨烯气凝胶构筑单元优异的理化性能进一步赋予了这类三维结构独特的性能。石墨烯气凝胶孔隙的形成是由于构筑单元石墨烯纳米片的卷曲堆叠造成的。这使得石墨烯气凝胶在保持丰富的纳米孔的同时,具备了更多的微米级甚至数十微米级的孔道结构。这类孔道结构非常有利于高粘度流体的传输。这些特征赋予了石墨烯气凝胶作为高性能油品吸附材料的巨大潜力,将有望在泄露油品治理等方面表现出广阔的应用前景。

1.1国外研究现状

关于石墨烯气凝胶的制备及应用,在近几年一直是国内外的研究重点。例如,在2014年,Shervin等人利用亚铁离子还原氧化石墨烯片和酸化碳纳米管合成了石墨烯-碳纳米管气凝胶。

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