氧化石墨烯/壳聚糖生物复合材料的制备及应用研究进展

氧化石墨烯/壳聚糖复合材料是近几年发展的一种新型生物复合材料,具有独特的力学性能、吸附性能、电化学性能以及抗菌性能等。本文综述了近几年来氧化石墨烯/壳聚糖复合材料的研究进展,简单介绍了该复合材料的制备方法,详细阐述了该复合材料在高机械强度材料、废水处理、电化学传感器、生物医学材料等领域的应用研究,最后对氧化石墨烯/壳聚糖复合材料在低成本、大规模制备,复合材料的结构性质以及在新领域的应用等方面进行了展望。     

活性白土/壳聚糖对铜离子吸附作用研究

以活性白土和壳聚糖为原料,通过简单的工艺制得了活性白土/壳聚糖。利用傅里叶红外光谱仪(FT-IR)、热重分析仪(TGA)和X射线衍射仪(XRD)对活性白土/壳聚糖的结构和热稳定性能进行了分析。结果显示,活性白土与壳聚糖形成了稳定结构的复合物,活性白土的层间距增大,说明壳聚糖填充到活性白土的层间结构中,有利于提高吸附作用。以活性白土/壳聚糖为吸附剂,铜离子(Cu2+)溶液为吸附液,研究了吸附条件对吸附剂吸附性能的影响。结果表明,在活性白土与壳聚糖质量比为1∶0.03,吸附时间为30min,吸附剂投加量为0.5g,吸附温度为50℃,溶液pH为6.0的条件下,活性白土/壳聚糖对初始浓度为10mg/L的Cu2+溶液的吸附效果较好,吸附率达到83.2%,显示了活性白土/壳聚糖良好的吸附性能。     

活性白土/壳聚糖复合物的制备及其吸附性能研究

用十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为修饰剂,对活性白土进行修饰改性。将改性后的活性白土与壳聚糖复合,通过溶液插层技术制备了活性白土/壳聚糖复合物。通过红外光谱仪(FT-IR)、热重分析仪(TGA)、X射线衍射仪(XRD)和透射电子显微镜(TEM)对所制备的活性白土/壳聚糖复合物进行表征。以对甲基橙的吸附行为作为模拟吸附实验,研究了活性白土/壳聚糖复合物的吸附性能,探讨了温度、复合吸附剂用量、甲基橙溶液浓度、吸附时间等条件对吸附剂吸附效果的影响。结果显示:修饰剂和壳聚糖显著提高了活性白土的片层间距,从而有利于提高活性白土的吸附性能。在吸附时间为30min、温度为25℃、吸附剂用量为0.06g的条件下,吸附剂具有较为优异的吸附效果。     

活性白土/壳聚糖复合物对苯系污染物的吸附行为研究

通过表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)对活性白土进行化学改性,并与壳聚糖(CS)复合制备活性白土/CS复合物。利用红外光谱仪、热重分析仪、X-射线衍射仪和透射电子显微镜对活性白土/CS复合物的结构、热稳定性能和形貌进行表征。考察了活性白土/CS复合物对苯系污染物的吸附性能,结果表明:对苯酚、苯甲酸和苯酐的吸附率分别达到72.43%、83.41%和70.86%。优于单一吸附剂对苯系污染物的吸附性能,显示了活性白土/CS复合物良好的吸附行为。     

麦饭石/ZnO复合材料的吸附及光催化机制研究

以尿素、六水硝酸锌为原料,利用水热法制备了麦饭石/ZnO的复合材料。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、X射线荧光光谱仪、能谱仪、比表面积测定仪对样品的结构、形貌和光学性能进行了表征。在可见光照射下,以酸性品红为降解物,研究麦饭石/ZnO复合材料的吸附及光催化性能,并通过动力学模型来模拟酸性品红被降解的过程。结果表明,麦饭石加入并没有对ZnO的花瓣形貌产生影响,但对其吸附及光催化性能影响很大。随着麦饭石的含量的增大,比表面积、吸附及光催化性能出现先增大后减少的现象。当麦饭石含量为7%时,由于样品的比表面积最大,电子复合几率最低,所以吸附和光催化效率均达到最大值。     

GO/CS的结构、性能及其在水处理中的应用研究进展

随着现代工业的快速发展,因危险化学品泄漏和溢出造成的水污染已引起全球关注.含重金属、合成染料、芳香族有机物的废水将造成严重的环境、健康和安全问题.吸附法是最经济、快速、有效的水处理方法之一.传统吸附材料(如活性炭、高岭土、聚吡咯等)对某种类型的污染物表现出高去除能力,但对其他类型污染物的去除效率较低,且存在吸附量小、物理力学性能差、可回收性差等缺点,使吸附技术面临巨大的难题和挑战.近年来,石墨烯的研究热潮推动了吸附材料的高速发展,石墨烯优越的性能使氧化石墨烯/壳聚糖(GO/CS)成为备受关注的研究热点之一.比表面积大、活性位点多的GO/CS在吸附性能方面展现出了巨大的潜力.与传统吸附材料不同的是,GO/CS物理力学性能和化学稳定性更高,并可通过结构设计(如石墨烯氧化程度的调整、氧化石墨烯和壳聚糖的改性、交联等)来改善其吸附效果.石墨烯氧化程度的增加有助于提升氧化石墨烯与壳聚糖的相容性和其与被吸附物的静电作用、氢键作用,还原程度的增加则有利于提升π-π相互作用;氧化石墨烯、壳聚糖的改性可改变复合材料表面的电荷性质,有利于吸附性能的提升;交联则有利于提升氧化石墨烯与壳聚糖的相容性,并在一定程度上增强与目标分子或离子的相互作用.GO/CS的结构决定其稳定性,还原程度的增加和交联有助于降低GO/CS的溶胀性并提升其物理力学性能.本文简要介绍了GO/CS的制备方法,探讨了结构控制与GO/CS吸附性能的关系,详细介绍了氧化石墨烯氧化程度的调整、氧化石墨烯和壳聚糖的改性、交联对吸附性能的影响,并对GO/CS的溶胀性和物理力学性能进行了分析,展望了其在水处理领域面临的机遇与挑战.     

GO/MOF复合材料的制备及其吸附苯和乙醇性能（英文）

采用溶剂热法制备了金属有机骨架-氧化石墨烯(MOF/GO)复合材料,通过氮吸附/脱附、红外光谱对其比表面积和孔结构、表面官能团进行了表征,考察了其吸附苯和乙醇的性能。结果表明,当氧化石墨烯的添加量为5.25 wt%时,复合材料的比表面积和孔容最大。该材料对苯和乙醇有很高的吸附容量,其最大吸附容量可分别达到72和77 cm~3/g。MOF-5/GO复合材料吸附挥发性有机物(VOCs)的容量不仅受孔结构的影响,其表面特性也对吸附性能有重要作用。氧化石墨烯含量为3.5 wt%的GO/MOF复合材料对乙醇的吸附容量显著增强是由于其含有大量的含氧官能团。     

不同反应途径制备TiO_2/石墨烯复合材料及其光电催化性能研究

以氧化石墨烯和Ti(SO4)2为初始反应物,通过不同的反应途径制得两种TiO2/石墨烯复合材料。途径一是利用Ti(SO4)2水解,在氧化石墨烯层间成核生长纳米TiO2颗粒,制得TiO2/氧化石墨烯复合材料,再通过还原反应,制得TiO2/石墨烯复合材料。途径二是将氧化石墨烯还原制得石墨烯,再利用Ti(SO4)2水解,在石墨烯层间成核生长而制得TiO2/石墨烯复合材料。通过XRD、FE-SEM、HR-TEM、BET和电化学性能测试等测试手段对复合材料进行表征。以复合材料为工作电极,在可见光照射(λ420nm)和外加电极电压的条件下,通过光电催化降解酸性红B对复合材料的催化性能进行研究。结果表明,(1)不同的反应途径对复合材料的多方面性质有较大影响;(2)途径一所制得的复合材料具有更加优良的光电催化性能。     

功能化氧化石墨烯/壳聚糖纳米复合材料的制备及力学性能研究

以壳聚糖为基体、氧化石墨烯为活性增强相,采用溶液复合的方法制备了氧化石墨烯/壳聚糖纳米复合材料。为使氧化石墨烯均匀地分散在壳聚糖溶液中,对氧化石墨烯的表面进行了功能化处理。通过TEM、SEM、XRD、TGA和力学实验对氧化石墨烯的分散性,复合材料的结晶性能、热性能和力学性能进行了分析。研究结果表明,表面处理后的氧化石墨烯均匀分散于壳聚糖溶液中,未出现絮凝和团聚现象,复合材料中氧化石墨烯也以层片堆叠的方式存在。复合材料中壳聚糖基体的结晶峰位置和结晶度不随氧化石墨烯的加入而改变。复合材料的杨氏模量随着氧化石墨烯含量的增加而提高,断裂伸长率随氧化石墨烯含量增加而降低;当氧化石墨烯含量达到5%(质量分数)后,材料由韧性变为脆性,强度降低。复合材料的热稳定性随着氧化石墨烯含量的增加而提高。     

可见光响应的TiO_2/石墨烯复合材料的制备及其光电催化性能

对Hummers方法进行改进,制备出氧化石墨烯。采用氧化石墨烯和Ti(SO4)2作为初始反应物,利用Ti(SO4)2水解,在氧化石墨烯层间成核生长纳米TiO2颗粒,制得TiO2/氧化石墨烯复合材料,再通过水合肼进行还原,制得TiO2/石墨烯复合材料。通过XRD、FE-SEM、HR-TEM、TGA、UV-Vis、BET和电化学性能测试等测试手段对复合材料进行表征。以复合材料为工作电极,铂电极为对电极,饱和甘汞电极为参比电极,在可见光照射(λ420nm)下,通过光电催化降解含偶氮化学健的酸性红B,对复合材料的催化性能进行研究。结果表明,复合材料对可见光响应良好;在外加电极电压的条件下,复合材料的催化活性得到进一步增强。     

石墨烯基复合材料的三维组装与应用研究进展

三维石墨烯结构体不仅继承了二维石墨烯片完美的碳晶体结构,还展现出超低的密度、极高的孔隙率和较大的比表面积等特点,具有导电、导热、吸附等优异性能,是近年来石墨烯功能材料中的一颗新星。目前,石墨烯与聚合物、无机纳米材料组装成三维结构复合材料的研究已经取得了实质性进展,研究者通过丰富的化学和物理路径实现了石墨烯与功能组分的三维有序组装,并赋予该材料奇特的结构特点和性能优势。这些特性使材料在能量储存、环境保护、传感器等研究领域表现出不错的应用前景。根据当前研究热点,综述了石墨烯基复合材料的三维组装与应用的研究进展,包括三维石墨烯/聚合物复合材料与三维石墨烯/无机纳米复合材料两种体系。重点总结了两种体系的三维组装方法,并分析了复合材料中石墨烯与功能组分的结构特点,简要概括了当前三维石墨烯基复合材料在环境保护、超级电容器等不同领域的应用进展,并对三维石墨烯基复合材料的三维结构设计与多样化应用进行了展望。     

金属-有机骨架复合材料Cu-1,3,5-苯三甲酸/氧化石墨烯对亚甲基蓝的吸附性能研究

利用金属-有机骨架复合材料Cu-1,3,5-苯三甲酸/氧化石墨烯(Cu-BTC/GO)作为吸附剂,研究了其对水相中亚甲基蓝的吸附行为。通过扫描电镜、透射电镜、X射线衍射、红外光谱、热重分析及比表面积分析等手段对该复合材料的结构进行表征。探讨了温度、pH和亚甲基蓝初浓度等因素对Cu-BTC/GO吸附性能的影响。结果表明:在pH=7、30℃的条件下,125mg/L Cu-BTC/GO对10mg/L亚甲基蓝有优异的吸附能力;Cu-BTC/GO对亚甲基蓝的吸附动力学数据符合准二级动力学方程,吸附模型符合Langmuir等温吸附方程;通过Langmuir模型计算可知,该复合材料对亚甲基蓝的最大吸附量可达480.77mg/g。     

氧化石墨烯复合材料吸附铀的研究进展

氧化石墨烯由于具有超大的比表面积、高强度和化学稳定性好等优点,其在环保领域作为含铀废水吸附材料的应用潜能备受关注。本文综述了近年来石墨烯基复合材料吸附水溶液中铀的研究现状及进展,介绍了石墨烯基复合材料对铀的吸附性能,分析了溶液pH值、温度、离子强度、接触时间和吸附剂用量等因素对吸附效果影响的原理,阐述了通过表面络合模型,光谱分析和理论计算等方法探讨氧化石墨烯复合材料的微观形貌结构与铀吸附效果之间的内在联系,最后研究了氧化石墨烯复合材料吸附铀研究中面临的挑战,对石墨烯材料与轴的相互作用机理及其在环保方面的开发应用进行了展望。     

氧化石墨烯/改性磁性壳聚糖复合材料对Cu2+的吸附研究

以石墨粉和壳聚糖为原料,采用Hummers法制备氧化石墨烯,再用四氧化三铁、二乙烯三胺和柠檬酸改性壳聚糖,合成了羧甲基氨基化改性磁性壳聚糖;通过超声分散制备氧化石墨烯水溶胶,再与改性磁性壳聚糖进行复合,成功制得氧化石墨烯/改性磁性壳聚糖复合吸附材料。研究结果表明,在pH=6,吸附剂用量为50mg,吸附时间为90min条件下,氧化石墨烯/改性磁性壳聚糖复合吸附材料对100mL、50mg/L铜离子(Cu~(2+))的吸附容量达到70.3mg/g,且吸附行为符合Freundlich等温吸附模型。     

氧化石墨烯/壳聚糖复合材料的制备及吸附研究进展

综述了近年来氧化石墨烯/壳聚糖新型复合材料的研究进展,侧重介绍了该材料的常用制备方法及其对重金属离子和有机染料的吸附情况,讨论了该复合材料的脱附再生性能,指出了目前研究中尚存在的问题,并对未来的研究工作提出了一些建议。     

聚吡咯/石墨烯复合材料的制备和电化学电容性能研究

在70℃的酸性水溶液中,以氧化石墨烯为氧化剂,实现了吡咯的原位氧化聚合。采用傅里叶红外光谱(FTIR),X射线衍射(XRD),X射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)对复合材料的结构、形貌进行了表征;用循环伏安和恒流充放电对复合材料的电化学性能进行了研究。结果显示:吡咯吸附在氧化石墨烯的表面,发生了原位聚合反应;石墨烯剥离为片层,增大了复合材料的比表面积,聚吡咯/石墨烯复合材料显示了可观的电化学性能,在电流密度为0.5A/g时,电容量达到了695.5F/g,明显高于纯聚吡咯的比电容,循环稳定性也得到了提高。     

壳聚糖功能化磁性氧化石墨烯复合材料的制备及对甲基橙的吸附

用改进Hummers方法和水热法制备壳聚糖功能化磁性氧化石墨烯(CS/MGO)复合材料,通过SEM、FTIR、XRD、BET和振动样品磁强计(VSM)对材料结构和性能进行表征和测试,并对水中甲基橙(Methyl orange,MO)吸附研究。结果表明:氧化石墨烯(Graphene oxide,GO)与壳聚糖(Chitosan,CS)成功键合,热稳定性好,被壳聚糖修饰后比表面积为36.873 m2·g?1,磁性粒子均匀分布在GO表面,磁性响应明显。考察pH值、MO初始浓度、CS/MGO复合材料添加量及再生性能对MO去除率的影响,结果表明:在pH=3、MO初使浓度为20 mg·L?1、吸附材料为0.12 g·L?1时,210 min后达到吸附平衡,经5次循环后为初使吸附容量的83.7%。吸附过程符合拟二级动力学模型,吸附等温线符合Langmuir模型,在298.15、303.15、308.15 K温度下最大吸附量分别为129.96、138.94、145.03 mg·g?1;吸附热力学表明,吸附过程为吸热、熵增自发的吸附过程。      

SiO2气凝胶/壳聚糖复合药物载体材料的制备和表征

采用常压干燥法制备了SiO2气凝胶,所得气凝胶为介孔结构,比表面积618.8m2/g,孔径分布5～20nm.以SiO2气凝胶为原料,通过静电吸附法制备了SiO2气凝胶/壳聚糖复合药物载体材料,采用扫描电镜(SEM)、红外光谱(FTIR)等对复合材料的结构形貌进行了分析,研究了复合材料对硫酸庆大霉素药物的担载和释放性能.结果表明,所得SiO2气凝胶/壳聚糖复合材料为多孔网络结构,其中,由450℃处理的SiO2气凝胶制得的气凝胶/壳聚糖复合材料对硫酸庆大霉素具有较好的药物担载和缓释性能.     

不同水醇比条件下原位聚合的聚吡咯/石墨烯复合材料的电容性能

在不同水醇比的溶剂环境下,利用原位聚合法制得聚吡咯/氧化石墨烯复合物,再经还原得到聚吡咯/还原氧化石墨烯复合材料。通过红外光谱、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)等测试方法对复合材料的结构和形貌进行表征,利用电化学工作站对复合物的电化学性能进行了测试。结果表明,在不同水醇比的溶剂条件下所制备的还原氧化石墨烯与聚吡咯复合材料都具有优异的电容性能和良好的稳定性。当水醇比为9∶1(体积比,下同)时,所制备的材料具有最稳定的电容性能。     

电气石/ZnO复合材料光催化机制

采用一步水热法制备电气石/ZnO的复合材料。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、X射线荧光光谱仪、UV-Vis DRS对样品的结构、形貌和光学性能进行表征。在可见光照射下,以酸性品红为降解物,研究电气石/ZnO复合材料的光催化性能,并通过动力学模型模拟酸性品红被降解的过程。结果表明:电气石加入并没有对ZnO的花瓣形貌产生影响,但对其光催化性能影响很大。随着电气石含量的增大,光催化性能先增长后降低。当电气石含量为5%(质量分数)时,光生电子-空穴复合概率降低,禁带宽度也下降,羟基自由基(·OH)的浓度增大,光催化效率达到最大96.62%,并且发现ZnO和电气石/ZnO复合材料的催化降解遵循一级动力学模型。