壳聚糖_氧化石墨烯复合材料结构和性能研究_陈建光

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氧化石墨烯壳聚糖复合材料的制备及吸附应用研究进展

氧化石墨烯壳聚糖复合材料的制备及吸附应用研究进展

第31卷第3期2021年6月皮革科学与工程LEATHER SCIENCE AND ENGINEERING31(3):30-35Jun.2021doi:10.19677/j.issn.1004-7964.2021.03.006氧化石墨烯/壳聚糖复合材料的制备及吸附应用研究进展梁姣利(伊犁师范大学化学与环境科学学院,新疆伊宁835000)摘要:氧化石墨烯/壳聚糖复合材料是近年来新发展的新型可生物降解材料,复合材料巨大的比表面积、丰富含氧官能团以及氨基基团使其成为良好的吸附剂。

本文综述了近几年氧化石墨烯/壳聚糖复合材料在吸附应用上的研究进展,侧重介绍了该复合材料的常用制备方法以及其污水处理中金属离子和有机染料中的吸附情况,简单讨论了该复合材料的脱附再生性能。

关键词:壳聚糖;氧化石墨烯;复合材料;吸附;研究进展中图分类号:X131.2文献标志码:AProgress in Preparation and Adsorption Application of GrapheneOxide Chitosan CompositesLIANG Jiaoli(College of Chemistry and Environmental Science,Yili Normal University,Y i ning835000,China)Abstract:Graphene oxide/chitosan composite material is a new type of biodegradable material that has been newly devel­oped in recent years.The huge specific surface area,abundant oxygen-containing functional groups and amino groups of the composite material make it a good adsorbent.This article reviews the research progress of graphene oxide/chitosan composite materials in adsorption applications in recent years,and the focus is played on the common preparation methods of the composite materials and the adsorption of metal ions and organic dyes in sewage treatment,and a brief discussion is conducted on the desorption regeneration performance of the composite material.Key words:chitosan;graphene oxide;composite;adsorption;research progress随着工业的快速发展,冶金、采矿、电镀、皮革、染料、造纸等工业排放的水中含有大量的有机毒物和重金属离子,水环境中的这些污染物大部分都是不可生物降解的致癌物,对人类和其他生物造成了极大的威胁[1]。

壳聚糖_氧化石墨烯磁性复合微球的制备及其性能_吕生华

壳聚糖_氧化石墨烯磁性复合微球的制备及其性能_吕生华

第34卷 第4期 陕西科技大学学报 Vol.34No.4 2016年8月 Journal of Shaanxi University of Science &Technology Aug.2016* 文章编号:1000-5811(2016)04-0047-07壳聚糖/氧化石墨烯磁性复合微球的制备及其性能吕生华,李 莹,贺亚亚(陕西科技大学轻工科学与工程学院,陕西西安 710021)摘 要:为了获得一种高效可回收再生利用的染料废水吸附剂,用壳聚糖、氧化石墨烯(GO)和磁性Fe3O4粒子通过反相乳液交联法制备出壳聚糖/GO磁性复合微球(MCGO).研究了油水比例对MCGO的粒径、形貌的影响,对MCGO的结构、形貌、热性能、磁性能等进行了表征.结果表明,MCGO平均粒径为1~5μm,饱和磁化强度(Ms)为18.35emu/g.通过考察GO含量、溶液pH值、溶液初始浓度以及吸附时间对吸附性能的影响,研究MCGO对甲基橙水溶液的吸附性能,研究结果对于制备高效和可回收利用的染料废水用吸附剂具有积极意义.关键词:氧化石墨烯;壳聚糖;磁性复合微球;吸附中图分类号:TB33 文献标志码:APreparation and properties of chitosan/graphene oxidemagnetic composite microspheresLV Sheng-hua,LI Ying,HE Ya-ya(College of Light Industry Science and Engineering,Shaanxi University of Science &Technology,Xi′an710021,China)Abstract:The chitosan/graphene oxide(GO)magnetic composite microsphere(MCGO)withan efficient and reusable adsorbent for dye wastewater was prepared using chitosan and GOand magnetic Fe3O4by inverse emulsion crosslinking.The effects of water-oil proportion onthe particle size and morphology was investigated.The chemical structure and microphologyas well as thermal stability and magnetic property of the MCGO were characterized.The re-sults show that the MCGO has an average particle size of 1~5μm,and the magnetization(Ms)is 18.35emu/g.The effects of GO content,solution pH,initial concentration and ad-sorption time on the adsorption performance were evaluated.The adsorption behavior of MC-GO was investigated by studying adsorption of methyl orange.The research results havegreat positive significance to prepare efficient and reusable adsorbent for dye wastewater.Key words:graphene oxide;chitosan;magnetic composite microspheres;adsorption*收稿日期:2016-01-19基金项目:国家自然科学基金项目(21276152)作者简介:吕生华(1963-),男,陕西乾县人,教授,博士生导师,研究方向:功能高分子材料陕西科技大学学报第34卷0 引言染料在为人们带来一个绚丽多彩的世界的同时也产生了染料废水及污染.染料废水具有COD高、色度深、毒性大、有机成分复杂、微生物降解困难、难处理等特点[1,2],利用吸附法处理废水具有快速高效的特点.国内外许多学者对用活性炭、改性粘土以及生物质材料等[3-5]作为吸附剂处理染料废水做了大量的研究,这些吸附剂或因成本高,或因吸附能力弱及回收再生困难而受到限制[6].寻找一种高效快速可反复再生利用的染料废水吸附剂是目前研究的热点.壳聚糖(CS)是天然多糖中唯一含有氨基的碱性多糖,具有良好的生物相容性、生物降解性以及绿色无毒的特点[7],其结构中含有大量的氨基和羟基,具有吸附作用[8].但是壳聚糖不溶于水,只能溶解在弱酸性水中[9],制备成吸附材料其机械性能较差[10],限制了壳聚糖作为染料废水吸附剂的应用.氧化石墨烯(GO)是一种纳米片层材料,结构中含有羧基、羟基、环氧基等含氧官能团[11],具有超大比表面积(2 630m2/g)[12],具有优异的吸附性能,将其与壳聚糖复合制备具有优异吸附性能的复合材料是国内外学者研究的热点.Wang等[13]用多孔壳聚糖掺杂少量GO通过交联和低温冷冻制得气凝胶,将其用于甲基橙和氨基黑10B等染料废水的处理,吸附效果好,多孔气凝胶无毒、高效且具有生物降解性,对水溶液中重金属污染物的吸附去除效果明显,与其他吸附剂相比具有明显的优势.Chen等[14]通过将GO与壳聚糖链进行自组装形成三维网状结构的水凝胶,实现了对亚甲基蓝和曙红Y等染料废水的吸附处理,吸附容量分别为390mg/g和326mg/g.目前,壳聚糖/GO复合物存在的问题是难以回收利用.本研究以壳聚糖、GO和磁性Fe3O4为原料,通过反相乳液交联法制备出壳聚糖/GO磁性复合微球(MCGO),利用其磁性可以方便地实现壳聚糖/GO复合吸附材料在吸附后的分离及回收利用.研究中探索了油水比例对MCGO粒径、形貌等的影响,表征了MCGO的粒径、结构、热性能和磁性能,同时通过MCGO对甲基橙的吸附研究了GO含量、pH值、初始浓度、吸附时间对吸附性能的影响及其吸附动力学及吸附等温方程.1 实验部分1.1 主要化学试剂及原料石墨粉、高锰酸钾(KMnO4)、浓硫酸(H2SO4,98%)、浓磷酸(H3PO4,85%)、双氧水(H2O2,30%)、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、三氯化铁(FeCl3·6H2O)、硫酸亚铁(FeSO4·7H2O)、氨水、壳聚糖(CS)、冰醋酸、液体石蜡、Span-80、Tween-80、环氧氯丙烷、无水乙醇、丙酮等,均为化学纯,天津科泰化学试剂公司.1.2 MCGO的制备1.2.1 GO的制备将1g石墨粉、40g浓H2SO4及10g浓H3PO4依次加入三口烧瓶中,保持温度为0~4℃,在1h内加入6g KMnO4,保温搅拌4~5h.升温至35℃~40℃,反应3~4h,在30min内将200mL去离子水滴加到反应体系中,保持温度在80℃~85℃反应40min.降温到40℃,在30min内滴加7g H2O2,溶液变为金黄色后继续反应30min,然后在常温下对产物进行离心沉淀、水洗直至pH为6.5~7,加入一定量的去离子水和DMF溶液控制GO质量分数为0.1%,用频率50Hz、功率500W超声波处理1h,得到GO纳米片层悬浮液.1.2.2 磁性Fe3O4粒子的制备将2.32g FeCl3·6H2O和1.20g FeSO4·7H2O加入到盛有100mL蒸馏水的三口烧瓶中,调节水温为50℃,搅拌30min使其溶解.滴加氨水使溶液pH值为9.2,升温至85℃,继续反应30min.反应过程通氮气进行保护,所得产物经磁铁分离,用无水乙醇和水反复洗涤至溶液呈中性,真空干燥24h得Fe3O4粉体.1.2.3 MCGO的制备0.5g壳聚糖溶解在含有1g乙酸与30g水的溶液中,与GO混合并用超声波处理30min制备壳聚糖/GO插层复合物,再加入10mL含有磁性Fe3O4的聚乙二醇溶液,混合并超声处理30min制备壳聚糖/GO磁性复合物.将壳聚糖/GO磁性复合物缓慢滴加至含有Span-80、Tween-80和液体石蜡的混合溶液中,搅拌1h后加入10mL5%的环氧氯丙烷溶液,控制反应温度为50℃,搅拌3h后用20%NaOH溶液破乳沉淀,沉淀物分别用丙酮、无水乙醇洗涤3~4次,真空60℃下干燥8h得到MCGO.1.3 测试与表征用NANO-ZS激光粒度仪(英国Malvern,·84·第4期吕生华等:壳聚糖/氧化石墨烯磁性复合微球的制备及其性能Zetasizer公司)测定MCGO的平均粒径大小及分布.用VECTOR-22傅里叶红外光谱仪(FTIR,德国Bruker公司)测定MCGO的化学结构.用D/max2200PCX衍射仪(XRD,日本Rigaku公司)测定样品的晶相结构.用S4800场发射电子显微镜(SEM,日本日立公司)观察MCGO的微观形貌.用TGA Q500热分析仪(TG,美国TA公司)对样品进行热性能测定及分析,升温速率为10℃/min.用2900-04C交变梯度磁强计(美国PMC公司)对样品的磁性能进行测定.1.4 吸附性能实验配制甲基橙溶液(1.0~5.0mg/mL),用紫外可见分光光度计测定在464nm处吸光度值,以甲基橙质量浓度为横坐标,以吸光度为纵坐标,绘制标准工作曲线并得到线性回归方程为y=0.121 3x+0.010 2.由相关系数R2=0.998 3可知,甲基橙质量浓度在1.0~5.0mg/mL范围线性关系良好,符合朗伯-比尔定律.考察pH值,初始浓度,吸附时间对吸附率的影响.按照式(1)计算吸附容量Q. Q=(C0-C)Vm(1) 式(1)中:Q为吸附量/(mg/g);C0为吸附前溶液中甲基橙浓度/(mg/g);C为吸附后溶液中甲基橙浓度/(mg/g);V为溶液体积/L;m为MCGO的质量/g.2 结果与讨论2.1 油水比对MCGO粒径的影响用激光粒度仪和SEM分别测定了在不同油水比例下MCGO的粒径,结果见表1和图1所示.结果表明,随着油相所占比例增大,MCGO的平均粒径减小,当油水比为2∶1、3∶1和4∶1时,激光粒度仪测定MCGO的平均直径分别为2.28μm、1.85μm和1.19μm,依据SEM图像统计得到的MCGO的平均直径分别为2.80μm、2.10μm和1.74μm.油与水的比例对于MCGO有很重要的影响,油水比过小时,反相乳液体系不稳定,形成的复合颗粒在聚合过程中相互碰撞粘合,无法形成稳定的微球,图1(a)表明当油水比例为1∶1时,不能形成稳定的微球.表明了油水用量相等时,MC-GO的稳定性变差,微球容易粘合.图1(b)表示了在油水比例为2∶1时形成了稳定的微球.图3(c)为油水比例为3∶1时的MCGO形貌,可以看到在此比例下形成了规整稳定的微球.图3(d)是油水比例为4∶1时的MCGO形貌,可以看到在此比例下形成的微球规整且直径较小.(a)油水比为1∶1(b)油水比为2∶1(c)油水比为3∶1(d)油水比为4∶1图1 不同油水比例下MCGO的SEM图表1 油水比例对MCGO平均粒径的影响油水比例MCGO平均粒径/μm激光粒度仪测定SEM图像测定2∶1 2.28 2.803∶1 1.85 2.104∶1 1.19 1.742.2 红外光谱分析图2为GO、壳聚糖以及MCGO的红外光谱图.图2中a曲线,1 049cm-1、1 387cm-1、1 628cm-1处的吸收峰分别为C-O-C、C-OH、C-C键的弯曲振动峰,1 728cm-1对应-COOH的C-O伸缩振动峰,3 415cm-1处是-OH的伸缩振动峰;图2中b曲线,3 444cm-1处是-OH和-NH的伸缩振动峰,1 641cm-1是乙酰基中C=O的伸缩振动吸收峰,1 439cm-1处为酰胺的特征吸收峰,1 380cm-1为C-OH的弯曲振动吸收峰,1 047cm-1处为伯醇和仲醇的C-O的伸缩振动峰.图2中c曲线,1 639cm-1、1 450cm-1分别表示-NHCO-中的C-O伸缩振动峰和-NH2中的N-H弯曲振动峰,563cm-1为Fe3O4的特征峰.a:GO的FTIR;b:CS的FTIR;c:MCGO的FTIR图2 GO、CS和MCGO的FTIR谱图2.3 XRD分析图3是壳聚糖和MCGO的XRD谱图.由图3·94·陕西科技大学学报第34卷中a曲线可以看出,壳聚糖在2θ=12.24°和20.18°处有两个衍射峰.由图3中b曲线可以看到,MC-GO在2θ=20.18°、30.22°、35.48°、43.26°、53.54°、57.04°、62.64°处有衍射峰,与文献中Fe3O4粒子的衍射峰基本相一致[15],同时壳聚糖在2θ=20.18°处的衍射峰消失,在2θ=30.22°处的衍射峰变弱,这是由于壳聚糖交联后分子链的规整性变差,导致其结晶能力降低.a:CS的XRD;b:MCGO的XRD图3 CS和MCGO的XRD谱图2.4 形貌分析图4为MCGO的SEM图.从图4(a)、图4(b)和图4(c)可以看出,在油水比例分别为2∶1、3∶1和4∶1时,MCGO形貌规整.图4(d)、图4(e)和图4(f)为油水比为3∶1时,MCGO大倍数的SEM图,可以看出MCGO具有良好的球形形貌,粒径大小为1~5μm,同时微球表面是由许多微小片层状形成的皱褶状,具有较大的比表面积,这是吸附材料特有的一种结构.(a)油水比为2∶1(b)油水比为3∶1(c)油水比为4∶1(d)油水比为3∶1,放大10 000倍(e)油水比为3∶1,放大15 000倍(f)油水比为3∶1,放大20 000倍图4 不同油水比例下MCGO的SEM图2.5 热重分析图5为GO、MCGO和CS的热重曲线.从图5中b曲线可以看出,从10.3℃加热至196.4℃为MCGO表面水和结合水的失重,失重约为8.1%;从196.4℃至261℃损失的质量为GO的失重,大约为12.6%.自261℃至510.2℃损失的质量为壳聚糖的失重,含量大约为39.3%.样品受热分解后剩余的为Fe3O4粒子,其质量分数约为40%.结果说明了MCGO的耐热性比起CS有了明显的提高.a:GO热重曲线;b:MCGO热重曲线;c:CS的热重曲线图5 MCGO的热重分析2.6 磁性分析图6为300K下Fe3O4纳米粒子和MCGO磁滞回线.由图6可以看出,GO与MCGO的饱和磁化强度Ms分别为41.48、18.35emu/g,MCGO饱和磁化强度比Fe3O4纳米粒子低,这是由于Fe3O4纳米粒子被壳聚糖及GO包裹引起的.图7分别为MCGO用磁铁分离前后的情况,从图7(a)和图7(b)中可以看出MCGO在外磁场下能够快速被分离.a:Fe3O4的磁滞回线;b:MCGO的磁滞回线图6 300K下MCGO的磁滞回线(a)分离前示意(b)用磁铁分离后示意图7 MGCO的磁性·05·第4期吕生华等:壳聚糖/氧化石墨烯磁性复合微球的制备及其性能2.7 MCGO吸附甲基橙的影响因素2.7.1 GO含量对MCGO吸附性能的影响固定甲基橙溶液的体积为100mL,质量浓度为100mg/L,温度为25℃,吸附剂的量为0.06g,吸附时间为120min.图8是GO含量对MCGO吸附容量的影响.结果表明随着GO含量的增加,MCGO对甲基橙的吸附容量逐渐增大,当GO含量为5wt%时,最大饱和吸附容量达到164.79mg/g,比不含GO提高了48.3%.原因在于加入GO提高了MCGO的比表面积和基团数目,提高了微球的吸附性能;另一方面,GO含量过高时,GO容易凝聚,影响了GO在磁性微球中的分散,GO含量为5wt%时,吸附效果最佳.图8 GO含量对MCGO吸附容量的影响2.7.2 溶液pH值对MCGO吸附性能的影响图9是pH对MCGO吸附性能的影响,MC-GO在弱酸条件下对甲基橙有较好的吸附作用,这是由于此时壳聚糖结构中的氨基被质子化,成为带正电荷的-NH+3,与甲基橙结构中的-SO-3存在静电吸引作用,有利于甲基橙的吸附.在碱性条件下,MCGO对甲基橙的饱和吸附容量急剧下降,这是由于溶液中的-OH与甲基橙结构中的-SO-3存在竞争吸附,不利于甲基橙的吸附.因此实验较佳pH值为5.图9 溶液pH值对MCGO吸附容量的影响2.7.3 初始溶度对MCGO吸附性能的影响固定甲基橙溶液的体积为100mL,温度为25℃,溶液pH值为5,吸附时间为120min,吸附剂投加量为0.06g.由图10可知,MCGO对甲基橙的平衡吸附量随溶液初始浓度的增加而增大,增加到一定浓度达到最大饱和吸附.这是由于随着甲基橙溶液浓度的增加,浓度梯度升高,增加了吸附剂表面和溶液之间的推动力,有利于甲基橙的吸附.由于在MCGO质量一定情况下,其饱和容量是一定的,甲基橙溶液浓度增加,饱和吸附量不再变化.图10 溶液初始浓度对MCGO吸附容量的影响2.7.4 时间对MCGO吸附性能的影响固定甲基橙溶液的体积为100mL,质量浓度为100mg/L,温度为25℃,溶液pH值为5,吸附剂用量为0.06g.吸附时间对吸附量的影响如图11所示.随着吸附时间的增加,吸附量逐渐增加,主要是因为初始吸附阶段吸附剂有较多活性位点,吸附较为容易,从而使吸附速率增加.随着吸附的进行,活性位被越来越多的甲基橙离子占据,溶液中甲基橙浓度也越来越小,吸附推动力减小,吸附速率减慢,120min后吸附趋于平缓,吸附量基本不发生变化,说明吸附达到平衡.因此实验较佳吸附时间为120min.图11 吸附时间对MCGO吸附容量的影响2.7.5 MCGO吸附等温线吸附剂对甲基橙的吸附等温线模型有Lang-·15·陕西科技大学学报第34卷muir吸附模型和Freundlich吸附模型.对吸附数据进行线性拟合,得到热力学参数如表2所示.结果表明,温度25℃时,甲基橙的吸附行为较符合Langmuir吸附等温式,这表明MCGO对甲基橙的吸附是一个单组分的单层均匀吸附过程.表2 吸附模型的参数比较Langmuir吸附等温式Ce/Qe=Ce/Qm+1/(Qmb)Qm/(mg/g)b/(L/g)R2Freundlich吸附等温式lgQe=lgkF+lgCe/nkF/(L/g)n R2312.5 0.571 0.992 3 109.29 2.039 0.954 3 注:式中b为Langmuir平衡常数(L/g);Qm为MCGO的最大吸附量(mg/g);n为强度系数;kF为Freundlich平衡常数(L/g).2.7.6 MCGO吸附甲基橙动力学分析吸附剂的动力学吸附模型有准一级动力学吸附模型和准二级动力学吸附模型,对数据进行拟合,计算出的动力学参数如表3所示.由表3可知,由准二级动力学模型拟合计算出的相关系数R2为0.999 7,且理论计算的平衡吸附量Q′e与实际吸附量更接近,说明准二级动力学方程能够很好地解释MCGO对甲基橙染料的吸附动力学行为.表3 动力学吸附模型的参数比较准一级动力学lg(Qe-Qt)=lgQe-k1t/2.303k1/(min-1)R21Q′e/(mg/g)准二级动力学t/Qt=t/Qe+1/(k2Q2e)k2/(g/(mg·min))R22Q′e/(mg/g)0.033 0.98 91.85 0.000 75 0.99 172.41 注:Q′e为理论计算的平衡吸附量,式中Qt为t时刻MCGO的吸附量(mg/g);Qe为平衡吸附量(mg/g);k1为准一级动力学速率常数(min-1);k2为准二级动力学速率常数(g/(mg·min)).2.8 MCGO的再生回收使用由图12可知,随着重复使用次数的增加,MC-GO的饱和吸附量有所下降,在第5次吸附量仍然可以达到91.56mg/g,故MCGO具有很好的再生性.图12 MCGO的重复使用性3 结论(1)以壳聚糖、GO和Fe3O4粒子为原料通过反相乳液交联法制备了MCGO.结果表明,MCGO为表面粗糙的球形,平均粒径为3~5μm,微球中的Fe3O4的质量分数为40%,饱和磁化强度Ms为18.35emu/g.(2)当GO含量为5wt%、溶液pH值为5、吸附时间为120min、吸附剂用量为0.06g时,MC-GO对甲基橙的吸附性最好,最大饱和吸附容量为164.79mg/g.(3)在25℃的条件下,MCGO对溶液中甲基橙的吸附行为符合Langmuir型吸附等温式,是一个单分子层均匀吸附过程;动力学研究表明,MC-GO对溶液中甲基橙的吸附过程符合准二级动力学方程.研究结果对于将MCGO用于染料废水吸附具有指导意义.参考文献[1]Saratale R,Saratale G,Chang J,et al.Bacterial decoloriza-tion and degradation of azo dyes:A review[J].Journal ofthe Taiwan Institute of Chemical 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石墨烯与壳聚糖的纳米复合材料性能及其表征

石墨烯与壳聚糖的纳米复合材料性能及其表征

湖北汽车工业学院科技学院毕业设计论文摘要本文采用液相法制备石墨烯/壳聚糖复合材料,将石墨烯按不同比例加入到百分比为2wt%的壳聚糖醋酸溶液中,用磁力搅拌6小时后再用超声处理20分钟,使氧化石墨烯分散均匀,脱泡,将混合液倒在器皿内放在鼓风机中室温下烘干,即可得到比例为石墨烯含量为0.5wt%,1wt%,2wt%,3wt%,4wt%氧化石墨烯/壳聚糖纳米复合材料膜。

利用做好的复合材料膜样品进行TG、红外、DSC、XRD、力学性能测试。

结果表明:石墨烯加入到壳聚糖中表现出复合材料的热稳定性明显提高。

其符合材料的熔点相对于纯CS也有明显提高。

随着石墨烯的逐渐加入,CS/GO复合材料Tg也会增加。

与纯壳聚糖和氧化石墨烯相比,在壳聚糖/氧化石墨烯纳米复合材料的光谱中,在1550cm-1处的-NH2吸收振动和在1730cm-1处的属于羧基的C=O伸缩振动两个峰都消失。

石墨烯通过超声波处理,彻底剥离,形成单片层的石墨烯,在壳聚糖基体中分散良好。

随着石墨烯含量的增加,CS/GO复合材料的杨氏模量和拉伸强度有明显的改善。

但另一方面,在一定程度上使复合材料的断裂伸长率和韧性降低。

关键词:石墨烯,壳聚糖,复合材料湖北汽车工业学院科技学院毕业设计论文AbstractThis paper was prepared by liquid graphene / chitosan composite graphene different proportion to the percentage of added 2wt% acetic acid solution of chitosan, with a magnetic stirring for 6 hours and then sonicated for 20 minutes, the oxidation graphene dispersed, degassing, the mixture was poured in containers placed inside the blower drying at room temperature, you can get a ratio of graphene content is 0.5wt%, 1wt%, 2wt%, 3wt%, 4wt% graphite oxide ene / chitosan nanocomposite membranes. Make use of composite membrane samples TG, IR, DSC, XRD, mechanical testing. The results showed that: in graphene added to chitosan composites exhibit significantly improved thermal stability. Compliance with respect to the melting point of pure CS is also significantly improved. Was gradually added with graphene, CS / GO composite Tg will increase. Pure chitosan and graphene oxide compared to the chitosan / graphene oxide nanocomposite spectrum in at 1550cm-1 and a-NH2 vibration absorption at 1730cm-1 C = O belonging to a carboxyl group stretching two peaks disappear. Graphene by ultrasonic treatment, completely stripped, single layer graphene is formed in the chitosan matrix well dispersed. With increasing content of graphene, CS / GO composite Young's modulus and tensile strength are significantly improved. On the other hand, to a certain extent, so that the composite fracture elongation and toughness. Keywords:Graphene, chitosan, composites目录第1章概论 (1)1.1 课题背景及意义 (1)1.2 本课题及相关领域的国内外现状及发展 (1)1.3石墨烯的结构 (2)1.3.1石墨烯一碳质材料的基本单元 (2)1.4 壳聚糖的结构 (3)1.5石墨烯的制备方法 (4)1.5.1微机械剥离法 (4)1.5.2 加热SIC法 (4)1.5.3 化学气相沉 (4)1.6 CS/GO 复合材料的制备 (5)1.7主要研究内容 (5)第2章实验方法 (6)2.1 实验所用材料 (6)2.1.1 石墨烯 (6)2.1.2 壳聚糖 (6)2.1.3基体材料 (7)2.2实验方法 (7)2.2.1 壳聚糖溶液的制备 (7)2.2.2 石墨烯溶液的制备 (8)2.2.3 CS/GO溶液的制备 (8)2.2.5制品热稳定性实验 (8)2.2.6 制品玻璃化温度的测定 (9)2.2.7制品基团种类和分子结构的测定 (9)2.2.8 制品的结晶性能测定 (10)2.2.9 制品的力学性能测定 (10)2.3实验设备 (11)第3章实验结果及分析 (12)3.1 CS/GO复合材料实验结果 (12)3.1.1 CS/GO复合材料随百分比不同的热稳定性曲线 (12)3.1.2制品玻璃化温度的测定 (14)3.1.3 CS/GO复合材料基团种类和分子结构的测定 (15)3.1.4壳聚糖/石墨烯复合材料结晶度的测定 (16)3.1.5 不同比重的壳聚糖/石墨烯复合材料的力学性能测定 (17)第四章结论 (19)致谢 (20)参考文献 (21)湖北汽车工业学院科技学院毕业设计论文第1章概论1.1 课题背景及意义完美的石墨烯具有理想的二维晶体结构,它是由六边形晶格组成,可以看作是被剥离的石墨单片层,每个碳原子通过π键与其他三个碳原子紧密相连,C-C键使得石墨烯单片层具有优异的结构刚性。

氧化石墨烯复合气凝胶的制备及其性能研究

氧化石墨烯复合气凝胶的制备及其性能研究

氧化石墨烯复合气凝胶的制备及其性能研究氧化石墨烯复合气凝胶的制备及其性能研究引言氧化石墨烯(Graphene Oxide,简称GO)是一种具有单原子厚度的二维碳材料,具有优异的导电性、热导性和力学性能。

气凝胶是一种由固体颗粒和气体相之间以全联接形式构成的多孔固体材料。

氧化石墨烯复合气凝胶是将GO与其他材料复合形成的一种具有高比表面积和优异性能的材料,具有广泛的应用前景。

本文将介绍氧化石墨烯复合气凝胶的制备方法以及其在各个领域中的性能研究。

制备方法目前,常见的制备氧化石墨烯复合气凝胶的方法有溶胶-凝胶法、冻干法和水热法等。

其中,溶胶-凝胶法是最常用的方法之一。

首先,将氧化石墨烯与其他需要复合的材料混合,通过搅拌或超声处理使二者充分分散混合。

然后,在适当的条件下(如适宜的pH值、温度等),加入适量的交联剂进行交联反应。

交联剂的选择和反应条件的控制可以改变气凝胶的孔径分布、比表面积和孔隙度等性能。

性能研究氧化石墨烯复合气凝胶的性能研究主要包括物理性能和化学性能两个方面。

物理性能:1. 孔径和孔隙度:氧化石墨烯复合气凝胶具有高孔隙度和多级孔径结构,能够提供大量的比表面积和可调控的孔径分布。

这使得气凝胶在吸附、分离和催化等方面具有优异性能。

2. 导电性:由于氧化石墨烯的导电性,氧化石墨烯复合气凝胶也具有较好的导电性能。

这使得气凝胶在电化学储能器件、柔性电子和传感器等领域具有广泛的应用潜力。

3. 机械性能:氧化石墨烯的高强度和高韧性赋予了氧化石墨烯复合气凝胶较好的力学性能。

它可以应用于高强度结构材料、吸能材料等领域。

化学性能:1. 容易功能化:氧化石墨烯的表面含有丰富的羟基、羧基和酮基等官能团,可以方便地进行化学修饰和功能化。

这使得氧化石墨烯复合气凝胶在催化、吸附和传感等领域中有着广泛的应用。

2. 对环境的响应性:某些氧化石墨烯复合气凝胶对环境中的特定物质具有选择性吸附或催化作用。

这使得气凝胶在环境治理和污染物处理方面具有潜在的应用前景。

氧化石墨烯-壳聚糖-多酸盐复合材料制备与性能

氧化石墨烯-壳聚糖-多酸盐复合材料制备与性能

值, 如果 将杂 多酸 分子 与其 他功 能分子 修饰 到一 起 , 继 而得 到各种 杂 多 酸组 装 的有 序结 构 材料 , 那 么 就 可 以进一 步拓 展 杂多 酸 的应 用 范 围. 多 钼 酸盐 簇 合
物 Mo V . I r F m o 02 5 2 L 1 0 2・ 1 8 0 H2 O ( L — H2 O/
有 良好催 化 活 性 的 氧 化 石 墨 烯 一 壳聚糖一 钼 酸盐 ( G O —HP C S—Mo F e ) 复合材料. 运 用 循 环伏 安 法 测 试 了 复 合 材 料 对
1 0 s 一和 B r 0 。 一的 响应 . 结果表 明, G0一HP C S— Mo F e 复 合 材 料 的 电催 化 还 原 电 流 强 度 随 I O 。 一和 B r 0 一 浓 度 的 增 大而增大 , 1 0。 一的检 测 线 性 范 围 为 0 . O 5 ~3 0 mmo l / L, 检测 限为 0 . 0 0 6 0 8 mmo l / L ; B r O 。 一的检 测 线 性 范 围 为 0 . 0 5
国部分 地 区人群 长期 缺 乏碘 摄 人 , 因此 在 食 盐 中 添
V、 Nb 、 Ta 等) 按照 一定 的结 构通 过氧原 子 配位桥 联
组成 的一 类含 氧 多酸 . 多 酸盐 不 仅 具 有 完美 的几 何 外型 , 而且 在催 化[ 4 ] 、 电化 学[ 引、 生 物 医学[ 引、 磁 学 ] 以及 材料 化学 [ 8 等方 面具 有非 常大 的潜 在 的应用 价
很 大 限制. 氧化石 墨烯 是从 石 墨粉经 强 酸氧化 而得 , 在 石 墨烯单 片上 引入 一些 官能 团 ( 羧基 、 羟基 等) , 与

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/壳聚糖生物复合材料的制备及应用研究进展

氧化石墨烯/壳聚糖生物复合材料的制备及应用研究进展吕生华;李莹;杨文强;崔亚亚【摘要】Graphene oxide/chitosan is a new type of biocomposites which was developed in recent years ,it possesses the uniquemechanical ,adsorptive ,electrochemical and antibacterial properties . The research progress of graphene oxide/chitosan composites was summarized in this paper . The preparation methods of the biocomposites were introduced briefly .Meanwhile ,the application of the biocomposites in the field of high mechanical strength of materials ,waste watertr eatment ,electro‐chemical sensor and biomedical materials were illustrated in details .At last ,the low cost and large scalepreparation ,structure and properties of composite materials and its application in new areas of graphene oxide/chitosan biocomposites were prospected .%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。

壳聚糖_氧化石墨烯复合材料结构和性能研究_陈建光

壳聚糖_氧化石墨烯复合材料结构和性能研究_陈建光

第20卷第1期重庆电子工程职业学院学报Vol.20No.12011年1月Journal of Chongqing College of Electronic EngineeringJan.2011石墨烯不仅价格低廉,而且具有片层结构和良好的热稳定性和导电性。

用石墨烯来改善聚合物的性能具有较大的潜力[1-3]。

Ruoff 等用化学方法先后合成出石墨烯/聚合物导电纳米复合材料[4]和无支撑的氧化石墨烯纸[5],掀起了氧化石墨烯应用研究的热潮。

与石墨烯相比,氧化石墨烯(GO )不仅含有羟基、环氧基、羰基、羧基等多种官能团,同时还能被小分子或者聚合物插层,或剥离[6,7],能有效改善复合物材料的性能。

Wu 等[8]将氧化石墨烯片层加入聚合物提高了导电性能,Kai [9]等通过填充氧化石墨烯改善聚合物的热稳定性和力学性能。

本研究通过氧化天然石墨粉制备GO [10],以流延法成功制得壳聚糖(CS )基复合材料(CS/GO-n )。

通过X-衍射、力学性能测试和吸湿性能测试,探讨GO 的含量对CS 基复合材料的结构和性能的影响。

1实验部分1.1原料与仪器石墨粉购于上海华谊集团华原化工有限公司。

过硫酸钾(K2S2O8)、五氧化二磷(P2O5)和双氧水(H2O2)由成都科龙化学试剂厂提供;硫酸,盐酸购于重庆川东化学试剂厂;壳聚糖(平均分子量大于30万,脱乙酰度大于90%),购自中国南通新程生物工业有限公司;36%乙酸(分析纯),购自重庆茂业化工公司;蒸馏水。

集热式恒温加热磁力搅拌器(DF-101S ,郑州);高功率数控超声波清洗器(KQ-400KDV ,昆山);旋片真空泵(2XZ-4,浙江);多管架自动平衡离心机(TDZ5-WS ,长沙);电热鼓风干燥箱(CS101-2A ,重庆);真空干燥箱(DZF-6020,上海)。

XD-3X 射线粉末衍射仪(北京普析通用仪器责任有限公司);Sansi6500型微电子万能力学实验机(深圳),1.2氧化石墨烯(GO )的制备采用Hummers 法从天然的石墨粉氧化制备GO[10]。

壳聚糖_还原氧化石墨烯复合电极材料的制备_概述说明

壳聚糖_还原氧化石墨烯复合电极材料的制备_概述说明

壳聚糖还原氧化石墨烯复合电极材料的制备概述说明1. 引言1.1 概述壳聚糖是一种来源广泛且具有多种优良特性的生物聚合物。

由于其天然、可再生、生物相容性和良好的可溶性特点,壳聚糖在能源领域中被广泛应用。

近年来,壳聚糖与氧化石墨烯的复合材料备受关注并展现出了出色的电化学性能。

本文旨在概述壳聚糖还原氧化石墨烯复合电极材料的制备方法及其在能源存储和转换领域中的应用前景。

1.2 文章结构文章将分为五个主要部分来讨论壳聚糖还原氧化石墨烯复合电极材料的制备方法和应用。

首先,在引言部分我们将简要介绍本文内容以及各章节的组织结构。

接着,在第二部分我们将详细探讨壳聚糖的定义、结构以及其在能源领域中的应用情况。

第三部分将重点讲解氧化石墨烯的定义、制备方法以及各种不同制备方法对氧化石墨烯性质的影响。

第四部分将详细介绍壳聚糖还原氧化石墨烯复合电极材料的制备技术,包括制备过程概述、还原剂选择与反应条件优化以及复合材料性能测试与分析结果展示。

最后,在结论与展望部分我们将总结实验结果并进行讨论,并提出对制备方法的优化和改进建议,同时展望未来的研究方向。

1.3 目的本文旨在系统探讨壳聚糖还原氧化石墨烯复合电极材料的制备方法及其在能源存储和转换领域中的应用前景。

通过对壳聚糖和氧化石墨烯特性以及不同制备方法的综合分析和比较,我们希望能够揭示壳聚糖还原氧化石墨烯复合电极材料的优势,并为该复合材料的制备方法提供新的思路和改进方向。

同时,我们也期待能够为相关领域的科学家和工程师提供参考,促进该领域的深入发展。

2. 壳聚糖的特性和应用2.1 壳聚糖的定义和结构壳聚糖是一种重要的天然高分子多糖,由葡萄糖单元通过β-(1→4)键连接而成。

它是壳酸胆碱、壳霉素和海洋生物外壳的主要组成部分。

壳聚糖具有线性结构和良好的生物相容性,因此被广泛应用于不同领域。

2.2 壳聚糖在能源领域中的应用壳聚糖作为一种可再生材料,在能源领域中具有广阔的应用前景。

首先,壳聚糖可以被利用来制备各类电极材料,如锂离子电池、超级电容器和燃料电池等。

【CN109999909A】壳聚糖硅藻土氧化石墨烯复合材料及其制备方法和应用【专利】

【CN109999909A】壳聚糖硅藻土氧化石墨烯复合材料及其制备方法和应用【专利】

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910374816.3(22)申请日 2019.05.07(71)申请人 湖南大学地址 410082 湖南省长沙市岳麓区麓山南路麓山门(72)发明人 陈明 王贤凤 孙艳 曾光明 朱艺 王冬波 杨春平 李忠武 晏铭 许飘 (74)专利代理机构 湖南兆弘专利事务所(普通合伙) 43008代理人 何文红(51)Int.Cl.B01J 31/06(2006.01)B01J 20/24(2006.01)B01J 20/30(2006.01)C02F 1/28(2006.01)C02F 1/30(2006.01)C02F 101/20(2006.01)C02F 101/38(2006.01)(54)发明名称壳聚糖/硅藻土/氧化石墨烯复合材料及其制备方法和应用(57)摘要本发明公开了一种壳聚糖/硅藻土/氧化石墨烯复合材料及其制备方法和应用,该复合材料是以氧化石墨烯为载体,其表面负载有壳聚糖/硅藻土复合材料,壳聚糖/硅藻土复合材料包括硅藻土和负载在其上的壳聚糖。

其制备方法包括制备壳聚糖分散液、壳聚糖/硅藻土复合材料、壳聚糖/硅藻土复合材料分散液和壳聚糖/硅藻土/氧化石墨烯复合材料。

本发明复合材料具有成本低廉、结构稳定、吸附能力强、光催化活性高、适用范围广等优点,能够实现对环境中污染物(如亚甲基蓝、铅离子)的有效去除,有着较高的应用价值和较好的应用前景。

本发明制备方法具有工艺简单、操作方便、成本低廉等优点,能够实现大规模制备,适合于工业化利用。

权利要求书2页 说明书8页 附图5页CN 109999909 A 2019.07.12C N 109999909A权 利 要 求 书1/2页CN 109999909 A1.一种壳聚糖/硅藻土/氧化石墨烯复合材料,其特征在于,所述壳聚糖/硅藻土/氧化石墨烯复合材料是以氧化石墨烯为载体,所述氧化石墨烯表面负载有壳聚糖/硅藻土复合材料;所述壳聚糖/硅藻土复合材料包括壳聚糖和硅藻土,所述硅藻土负载在壳聚糖上。

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第20卷第1期重庆电子工程职业学院学报Vol.20No.12011年1月Journal of Chongqing College of Electronic EngineeringJan.2011石墨烯不仅价格低廉,而且具有片层结构和良好的热稳定性和导电性。

用石墨烯来改善聚合物的性能具有较大的潜力[1-3]。

Ruoff 等用化学方法先后合成出石墨烯/聚合物导电纳米复合材料[4]和无支撑的氧化石墨烯纸[5],掀起了氧化石墨烯应用研究的热潮。

与石墨烯相比,氧化石墨烯(GO )不仅含有羟基、环氧基、羰基、羧基等多种官能团,同时还能被小分子或者聚合物插层,或剥离[6,7],能有效改善复合物材料的性能。

Wu 等[8]将氧化石墨烯片层加入聚合物提高了导电性能,Kai [9]等通过填充氧化石墨烯改善聚合物的热稳定性和力学性能。

本研究通过氧化天然石墨粉制备GO [10],以流延法成功制得壳聚糖(CS )基复合材料(CS/GO-n )。

通过X-衍射、力学性能测试和吸湿性能测试,探讨GO 的含量对CS 基复合材料的结构和性能的影响。

1实验部分1.1原料与仪器石墨粉购于上海华谊集团华原化工有限公司。

过硫酸钾(K2S2O8)、五氧化二磷(P2O5)和双氧水(H2O2)由成都科龙化学试剂厂提供;硫酸,盐酸购于重庆川东化学试剂厂;壳聚糖(平均分子量大于30万,脱乙酰度大于90%),购自中国南通新程生物工业有限公司;36%乙酸(分析纯),购自重庆茂业化工公司;蒸馏水。

集热式恒温加热磁力搅拌器(DF-101S ,郑州);高功率数控超声波清洗器(KQ-400KDV ,昆山);旋片真空泵(2XZ-4,浙江);多管架自动平衡离心机(TDZ5-WS ,长沙);电热鼓风干燥箱(CS101-2A ,重庆);真空干燥箱(DZF-6020,上海)。

XD-3X 射线粉末衍射仪(北京普析通用仪器责任有限公司);Sansi6500型微电子万能力学实验机(深圳),1.2氧化石墨烯(GO )的制备采用Hummers 法从天然的石墨粉氧化制备GO[10]。

1.3CS/GO-n 复合材料的制备流延法制备CS/GO-n 复合材料:壳聚糖溶于2%(体积比)的醋酸溶液制得2wt%的溶液,将一定量的GO 粉末(0.2,0.4,0.6,0.8,1.0,1.5wt%,相对于壳聚糖基体)溶解在70mL 的水中,超声分散1.5h 之后,逐滴滴加到壳聚糖醋酸溶液中,60℃下恒温搅拌5h ,减压脱泡后在玻璃板上流延成膜,50℃下干燥12小时,并将其编号为CS/GO-n (n 代表GO 相对于CS 的质量百分含量),常温下置于相对湿度为43%的干燥器中。

样品编号及其含量列于表1中。

表1CS/GO-n 复合材料编号2结果与讨论2.1X-衍射分析图1为GO 及CS/GO-n 复合材料的X 衍射衍射图谱(XRD )图。

在GO 的谱图中,2θ=11.1○处出现了一强的衍射峰,层间距为0.8nm ,与文献报道值相一致[11]。

纯壳聚糖膜(CS/GO-0)在2θ=11.4°、18.3°出现两个强衍射峰,在2θ=8.3°、16.1°、22.9°出现三个较弱的衍射峰,同文献报道一致[12]。

CS/GO-n 复合材料的XRD 图谱与纯壳聚糖的衍射图谱相似,且在复合材料中没有出现GO 的特征衍射峰。

可能是由于低的添加量,同时也充分说明GO 均匀分散在基体中,与壳聚糖基体之间形成较强的相互作用有效地限制了石墨烯的聚集。

再者,GO 的添加量对复合材料XRD 图谱没有多大影响。

收稿日期:2010-12-11作者简介:陈建光(1981—),男,山西保德人,广东省汕头市公安消防支队龙湖大队工作,主要从事防火灭火材料研究。

壳聚糖/氧化石墨烯复合材料结构和性能研究陈建光(广东省汕头市公安消防支队龙湖大队,广东汕头515041)摘要:流延法制备了壳聚糖/氧化石墨烯复合材料。

X-衍射表明壳聚糖和氧化石墨烯之间形成强烈的相互作用;力学性能测试结果表明,当氧化石墨烯含量仅为0.6wt%时,壳聚糖基复合材料的拉伸强度提高到64.4MPa ,断裂伸长率提高到38.8%,与壳聚糖基体相比,分别提高了101%和61.7%。

关键词:壳聚糖;氧化石墨烯;性能中图分类号:O433.1文献标识码:A文章编号:1674-5787(2011)01-0153-02CodeCS/GO-0CS/GO-1CS/GO-2CS/GO-3CS/GO-4CS/GO-5CS/GO-6CS/GO (wt%)0.20.40.60.81.01.5图1GO粉末,PS/GO-n复合材料的X衍射图2.2力学性能分析图2为CS/GO-n复合材料的力学性能随GO含量增加的变化曲线。

从图2中可以看出,添加的GO的可有效改善复合材料的力学性能。

随着GO含量的增加,CS/GO 复合材料的拉伸强度(σb)和断裂伸长率(εb)均逐渐增大,且在含量仅为0.6%时均达到最大值(64.4MPa和38.8%),与壳聚糖基体相比分别提高了101%和61.7%,表明GO与壳聚糖基体之间强的相互作用提高了复合材料的性能,并在壳聚糖基体中起到增强增韧的协同作用。

图2CS/GO-n复合材料的力学性能随GO含量变化的曲线2.3吸湿性能分析图3为CS/GO-n复合材料在相对湿度98%的环境中的吸湿性能(Mu)曲线。

从图中可以看出,CS/GO-n复合材料的吸湿值要低于CS基体的吸湿值。

CS/GO复合材料的Mu值随着含量的增加逐渐降低,且在GO的含量为1.5 wt%时,Mu降到最低值66.2%。

GO与壳聚糖基质之间强的相互作用有效的抑制了水分子在复合材料中的扩散。

图3CS/GO-n复合材料的吸湿性能曲线3结论采用流延法制备壳聚糖(CS)和氧化石墨烯(GO)的复合材料。

XRD表明CS和GO之间形成强的相互作用有效地限制了石墨烯的聚集,从而有效改善复合材料的力学性能和降低复合材料的吸水性。

实验结果说明氧化石墨烯是一类优良的聚合物填充剂。

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