挑战杯文件427李.docx

挑战杯文件427李.docx

《挑战杯文件427李.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《挑战杯文件427李.docx（23页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

挑战杯文件427李

TiO2/膨胀石墨及氧化石墨烯的制备与应用

晏梦雨何媛王增奎

摘要

随看现代工业的发展，有机污水逐渐成为量大而广的污染源，世界上每年至少有近1000万吨有机污水通过各种途径进入水体，因此消除有机污水的有效途径和措施，具有十分显著的经济价值和社会意义。

膨胀石墨作为一种疏松多孔的碳素材料，膨胀之后，其表面及内部孔结构非常发达，比表面积可达50～300m2/g。

加之具有疏水性和亲油性，无毒无害，比重小，在水体油脂污染防治领域应用潜力巨大。

纳米TiO2是当前应用最为广泛的一种光催化剂，TiO2在光照下，可加快有机污染物的降解速度并提高降解率。

但是直接使用纳米TiO2来净化有机污水存在诸多问题，例如：

TiO2的密度比水大不能漂浮在水面上，以至不能有效接受光照，且在光催化之后分离回收比较困难，导致光催化成本过高。

TiO2/膨胀石墨，可充分利用膨胀石墨对油的吸附性能和纳米锐钛矿型TiO2对有机物的催化降解性能，有效提高含油污水的降解效率。

在有机污水治理方面具有广阔的应用前景。

石墨烯因其优异的电学、力学性能，已经成为材料科学和凝聚态物理领域最为活跃的研究前沿。

目前石墨烯制备方法有机械剥离法，外延生长法，溶剂热法，气相沉积法等。

但由于工艺复杂、产率较低等原因，难以应用于大规模工业生产。

化学氧化剥离法制备石墨烯被认为是一种常规且大规模合成石墨烯的有效途径。

氧化石墨烯的制备作为化学氧化剥离法制备石墨烯的重要一环，对石墨烯及氧化石墨烯复合材料的制备有重要意义

本文首先采用HClO4/H3PO4/KMnO4氧化插层体系，利用氧化插层，微波膨胀等工艺制备得到膨胀石墨，探究了温度、pH值、吸附时间对膨胀石墨吸附浮油效果的影响。

随后利用上述体系所得可膨胀石墨，以Ti（O-Bu）4为钛源，在600℃下煅烧得到TiO2/膨胀石墨光催化材料。

分析了煅烧时间、H2O加入量、Ti（O-Bu）4加入量对TiO2/膨胀石墨膨胀倍率及表观催化速率的影响。

并研究了氧化石墨烯的制备工艺并对其进行表征。

主要结论有：

HClO4/H3PO4/KMnO4氧化插层体系制备的膨胀石墨微波膨胀40s，其膨胀体积达到最大，为286mL/g；温度升高，膨胀石墨对水的吸附量增加，对水面柴油的吸附量减小，而酸性或碱性条件有利于发挥膨胀石墨的吸附性能；在TiO2/膨胀石墨方面，TiO2晶型与煅烧时间有关，一定量的Ti（O-Bu）4对TiO2/膨胀石墨的膨胀有促进作用；对于制备氧化石墨烯，XRD图谱和TEM图表明，化学剥离这种方法是可行的；FTIR图谱表明，氧化石墨的表面和边缘含有大量的环氧基、羟基等官能团，有利于其在N,N-二甲基甲酰胺溶液中经超声剥离获得质量较好的氧化石墨烯薄片。

关键词：

膨胀石墨吸附TiO2催化氧化石墨烯

1引言

我国是石墨资源大国，己探明晶质磷片石墨储量18亿吨，居世界第一位。

石墨作为我国重要的战略资源[1-2]，其深加工产品的开发利用受到国土资源部、教育部等部门的重视与支持。

但目前由于各企业在技术改造方面的投入相对偏少，我国的石墨加工技术与国际先进水平相比仍有不少的差距。

多数加工都停留在初级阶段，高技术高附加值产品为数不多[3]。

膨胀石墨是重要的石墨深加工产品，因其具有天然石墨所具有的耐热性、导热性、导电性、自润滑性、化学稳定性，以及天然石墨所没有的回弹性和柔韧性[4-5]，被广泛应用于环保、润滑、催化、阻燃、密封、医药、航空航天、核能等诸多领域[6]。

因此膨胀石墨的制备及改性将为我国带来巨大的经济效益。

同时随看现代工业的发展，有机污水逐渐成为量大而广的污染源，世界上每年有近1000万吨有机废水通过各种途径进入水体，因此消除有机污水的有效途径和措施，具有十分显著的经济价值和社会意义。

目前处理有机污水的主要方法包括机械分离法和吸附脱除法。

然而机械分离法不能彻底清除水体油脂，而吸附脱除法中材料大多存在吸油能力较弱或选择性较差，同时吸附有机物和水的问题。

本研究的目的在于以膨胀石墨作为吸附材料，解决有机污水的处理问题。

研究采用自制膨胀石墨，对有机污水进行吸附。

利用其膨胀之后，比表面积大[7-8]、具有疏水性和亲油性，无毒无害，比重小的特点。

有效解决了现有吸附脱除材料吸附能力较弱或选择性较差，同时吸附有机物和水的问题。

在此基础上，研究TiO2/膨胀石墨的制备及影响因数。

纳米TiO2作为当前应用最为广泛的一种光催化剂[9-10]，在紫外光照下，可加快有机污染物的降解速度并提高降解率。

将其负载在膨胀石墨上，充分利用膨胀石墨对油的吸附性能和纳米锐钛矿型TiO2对有机物的催化降解性能，可有效提高对有机污水的降解效率。

因此本研究将纳米TiO2负载在膨胀石墨上，得到了一种新型吸附材料。

石墨烯是由单层碳原子紧密堆积成的二维蜂窝状晶格结构的一种碳质新材料。

具有优异的电学、热学、力学性能。

石墨烯的制备是石墨烯基础研究及应用领域的一个重要问题，找到一种大规模合成制备高质量石墨烯的常规方法，有利于石墨烯相关性能基础研究及工业应用的开展。

化学氧化剥离法制备石墨烯被认为是一种常规且大规模合成石墨烯的有效途径。

利用Hummerp[11]法或Staudenmaier[12]法等化学氧化法得到氧化石墨，超声剥离得到氧化石墨烯，随后利用水合肼等还原剂进行还原，可大批量制备石墨烯。

氧化石墨烯的制备与表征，对进一步制备石墨烯和氧化石墨烯复合材料有一定的指导意义。

本文以自制膨胀石墨为原料，对有机污水进行吸附处理，并使用膨胀石墨利用化学剥离法制备石墨烯。

研究内容主要包括以下三部分，第一部分是膨胀石墨吸附性能的研究；第二部分是TiO2/膨胀石墨的制备及吸附降解性能研究；第三部分是化学剥离法制备氧化石墨烯及其表征，研究的具体内容为：

1、膨胀石墨吸附性能研究。

采用HClO4/H3PO4/KMnO4氧化插层体系，经微波膨胀制备膨胀石墨，采用XRD、SEM等测试手段对膨胀石墨进行表征，探究温度、PH值、吸附时间对膨胀石墨吸附水面浮油效果的影响。

2、采用溶胶凝胶法制备TiO2/膨胀石墨，分析了煅烧时间、H2O加入量、TBOT加入量对TiO2/膨胀石墨膨胀倍率及对有机污水脱色率的影响。

3、利用化学剥离法将膨胀石墨、浓硫酸、高锰酸钾在冰水浴中混合均匀，然后经水浴加热，去除锰离子和硫酸根离子、超声剥离等工艺制备出氧化石墨烯。

采用FTIR、XRD、TEM对其进行表征。

2膨胀石墨的制备及吸附性能

随看现代工业的发展，含油污水逐渐成为量大而广的污染源，世界上每年至少有500~1000万吨油类通过各种途径进入水体，因此消除含油污水的有效途径和措施，具有十分显著的经济价值和社会意义。

目前处理含油污水的主要方法包括机械分离法和吸附脱除法。

然而机械分离法不能彻底清除水体油脂，而吸附脱除法中材料大多存在吸油能力较弱和选择性较差，不能同时吸附油和水等问题。

膨胀石墨作为一种疏松多孔的碳素材料，膨胀之后，其表面及内部孔结构非常发达，比表面积可达50～300m2/g。

加之具有疏水性和亲油性，无毒无害，比重小，在含油污水污染防治领域应用潜力巨大。

膨胀石墨作为一种新型吸附材料用于含油污水治理近年来倍受青睐。

而运用微波膨化工艺，由于石墨具有导电性，在微波作用下，可膨胀石墨内部会产生巨大的涡电流，进而产生剧烈的加热效应，使温度迅速升高，可膨胀石墨中的插入物质急剧分解和挥发，可膨胀石墨随之剧烈膨胀，从而得到膨胀石墨。

微波膨胀较传统高温膨胀制备膨胀石墨的工艺相比，不仅是达到最大膨胀容积时所用时间短，而且膨胀容积大，除此之外还能大幅降低能耗，节省成本，同时也简化了生产工艺。

本文采用HClO4/H3PO4/KMnO4氧化插层体系，利用氧化插层，微波膨胀等工艺制备得到膨胀石墨，探究了温度、pH值、吸附时间对膨胀石墨吸附浮油效果的影响。

2.1实验部分

2.1.1原料与试剂

表2-1实验药品

药品名称

规格

生产厂家

鳞片石墨*

JY-894

黑龙江鸡西石墨厂

高氯酸

分析纯

深圳市科技贸易有限公司

磷酸

分析纯

天津市富宇精细化工有限公司

高锰酸钾

分析纯

天津市东丽区泰兰德化学试剂厂

2.1.2膨胀石墨的制备

以天然鳞片石墨为原料，对其进行预处理，采用HClO4/H3PO4/KMnO4氧化插层体系，利用氧化插层，微波膨胀等工艺制备得到膨胀石墨。

具体工艺流程见图2-1。

过筛（60目）350℃，1h酒精洗

蒸馏水清洗多次

水洗水浴加热超声乳化烘箱中烘干

抽滤

至中性60℃

烘箱干燥微波加热

60℃高温瞬间膨

图2-1膨胀石墨制备工艺流程

2.1.3膨胀石墨性能与结构表征

膨胀石墨膨胀容积依照GB10698-89测定；膨胀石墨的红外光谱特征采用傅里叶变换红外光谱仪（FTIR，Nicolet，AVATAR-370DTGS）测试；膨胀石墨的物相采用粉晶X射线衍射仪（XRD，X’PertPRODY2198，40kV，40mA，CuKα）测定；膨胀石墨的微观形貌特征利用扫描电子显微镜（SEM，Quanta200）观察。

2.1.4吸油性能测试

采用质量法测定膨胀石墨对水面浮油（柴油）的吸附量。

以0#柴油作为吸附质，配置一定浓度的水面浮油。

质量为m1的膨胀石墨倒入水面有浮油的烧杯中，搅拌，静止30min，滤网过滤，直至不再有油滴下。

50℃烘干2h后，取出，称量，其质量为m2，膨胀石墨对柴油的吸附量m=m2-m1，则膨胀石墨对柴油的单位吸附量=

。

2.2膨胀石墨的制备及表征

2.2.1膨胀时间对膨胀石墨膨胀体积的影响

图2-2中显示了膨胀体积随微波膨胀时间的变化。

由图2-2可知，随着微波膨胀时间的延长，采用HClO4/H3PO4/KMnO4氧化插层体系制备的可膨胀石墨的膨胀体积呈上升趋势。

当微波作用时间为40s时，膨胀体积达到最大，为286mL/g。

当微波作用时间继续延长，膨胀体积开始减小。

这是由于在微波的长时间作用下，部分石墨蠕虫烧蚀断裂，形成死虫，从而降低了膨胀石墨的膨胀体积。

图2-2微波膨胀时间对膨胀体积的影响

2.2.2膨胀石墨的结构特征

图2-3石墨（a）、可膨胀石墨（b）和膨胀石墨（c）的X射线衍射图谱

石墨（a）、可膨胀石墨（b）以及膨胀石墨（c）的X射线衍射图谱见图2-3。

从图中可见，在26°附近均出现最强的衍射峰，但是衍射峰强度不同，石墨的衍射峰强度明显大于可膨胀石墨的衍射峰强度，而可膨胀石墨的衍射峰强度又高于膨胀石墨的衍射峰强度。

其原因是：

天然鳞片石墨的结晶程度高，并且晶粒较大，内部各质点的排列比较规则，X射线照射时，其衍射强度最强。

经过氧化插层，在一定程度上破坏了其原有的晶体结构，晶粒变小，缺陷增多，结晶度降低，所以可膨胀石墨的衍射峰强度明显降低，且衍射峰变宽。

经过微波膨胀，使得石墨的晶体结构进一步遭到破坏，结晶度继续下降，使其衍射强度再次降低。

2.2.3膨胀石墨的红外光谱特征

图2-4可膨胀石墨（a）与膨胀石墨（b）的红外光谱图

图2-4为可膨胀石墨（a）与膨胀石墨（b）的红外光谱图。

由图2-4可以看出，在3462.39cm-1附近出现一个较强的水的吸收峰，这可能与空气湿度等因素有关，是KBr吸水造成的。

可膨胀石墨在670.27cm-1附近出现的吸收峰是Cl-O单键（ClO4-），在1176.54cm-1、1117.38cm-1、1076.87cm-1附近出现的吸收峰分别对应的是PO43-、HPO42-、H2PO4-的P-O单键的吸收峰。

由此说明采用HClO4/H3PO4/KMnO4氧化插层体系制备的可膨胀石墨，其层间插层物中含有H2PO4-、HPO42-、PO43-、ClO4-等阴离子和H3PO4、HClO4等中性分子插层物。

另外，从图中也可以看出经过微波膨胀制备得到的膨胀石墨，基本亦能够较完整的保留层间化合物的含氧官能团。

2.2.4膨胀石墨的形貌特征

（a）（b）

（c）（d）

图2-5石墨和膨胀石墨的光学显微镜图（a，b，c）；膨胀石墨的SEM形貌（d）

图2-5（a，b，c）为膨胀石墨的光学显微镜图。

由图2-5（a）可以看到层状的具有金属光泽的鳞片状石墨。

经过微波膨胀后，附着于石墨层间的化合物在瞬间高温下燃烧分解，产生的气体形成强大的推力，使石墨沿C轴方向膨胀，变成各种孔隙结构的蠕虫状石墨，。

由不同形状的石墨蠕虫所围成的孔隙空间，即缠绕空间，见图2-5（c）。

图2-5（d）为膨胀石墨的SEM图。

可以清楚的看到网络型微观孔隙结构，并且孔径都比较均匀，多为0.3μm~5μm的孔隙，这与微波的均匀加热有关。

2.2.5吸附温度对浮油吸附量的影响

图2-6吸附温度对膨胀石墨对水面浮油的吸附的影响

由图2-6可知，随着温度的升高，膨胀石墨对水面浮油的吸附量呈明显的下降趋势，而对不含柴油的水的吸附量却呈明显的上升趋势。

这是因为温度升高，分子热运动越剧烈，而小分子状态的水比大分子的柴油更容易进入膨胀石墨的微孔，从而限制了膨胀石墨对柴油分子的吸附。

同时温度升高，使得柴油的流动性增强，进一步降低了膨胀石墨对水面柴油的吸附量。

2.2.6吸附时间对浮油吸附量的影响

图2-7吸附时间对膨胀石墨水面浮油吸附量的影响

由图2-7可见，膨胀石墨对水中柴油的吸附量急剧增加，很快就达到饱和，由此说明膨胀石墨不仅对柴油的吸附效果很好而且吸附速度非常快。

这也与膨胀石墨的疏松的多孔（多为中、大型孔）结构，又具有大的比表面积，其表面和内部又具有发达的孔隙，还具有非极性的表面基团有关。

2.2.7pH的对浮油吸附量影响

图2-8pH对膨胀石墨水面浮油吸附量的影响

由图2-8可知，在pH值为中性时，膨胀石墨对水中柴油的吸附量最小，而当油水混合溶液的酸性越强或者碱性越强，膨胀石墨对水中柴油的吸附量越大。

这是因为油水混合溶液由中性变为酸性或碱性时，对膨胀石墨和柴油大分子之间的作用力会产生一定影响，使油水混合溶液的表面张力减小，降低了膨胀石墨的疏水性，提高了它的亲油性，进而使得膨胀对水中柴油的吸附量增加。

2.3小结

1.采用HClO4/H3PO4/KMnO4氧化插层体系微波膨胀40s，即可得到最大膨胀体积的膨胀石墨。

2.膨胀石墨对水面浮油的吸附属于正吸附，随着温度的升高，膨胀石墨对水的吸附量会增加，但是对水面浮油的吸附量却减小。

3.酸性或碱性条件对膨胀石墨的吸附性能有利，油水混合溶液的酸性或者碱性越强，膨胀石墨对水中柴油的吸附量越大。

3TiO2/膨胀石墨制备工艺及吸附催化性能

纳米锐钛矿型TiO2是当前应用最为广泛的一种光催化剂，TiO2在光照下，可加快有机污染物的降解速度并提高降解率。

但是直接使用纳米锐钛矿型TiO2来净化含油污水存在诸多问题，例如：

TiO2的密度比水大，不能漂浮在水面上，以至不能有效接受光照，且在光催化之后分离回收比较困难，导致光催化成本过高。

将TiO2负载在膨胀石墨上，充分利用膨胀石墨对油的吸附性能和纳米锐钛矿型TiO2对有机物的催化降解性能，可有效提高含油污水的降解效率。

同时，膨胀石墨始终漂浮于水体表面，吸油后更会团聚在一起，便于拦截和回收。

回收后的TiO2/膨胀石墨在回收原油外还可作为燃料使用，不会造成二次污染。

因此在理论上纳米氧化钛修饰膨胀石墨应该是解决含油污水问题而不造成二次污染的理想途径。

本文采用溶胶凝胶法，以可膨胀石墨、Ti（O-Bu）4为原料制备TiO2/膨胀石墨复合材料分析了煅烧时间、H2O加入量、Ti（O-Bu）4加入量对TiO2/膨胀石墨膨胀倍率及脱色率的影响。

3.1实验

3.1.1原料与试剂

天然鳞片石墨（粒径60目，产地：

黑龙江萝北）；

高氯酸（AR）；磷酸（AR）；高锰酸钾（AR）；异丙醇（AR）；钛酸丁酯（AR）；0.2%甲基橙溶液。

；

3.1.2TiO2/膨胀石墨的制备

以天然鳞片石墨为原料，采用HClO4/H3PO4/KMnO4氧化插层体系制备可膨胀石墨。

在此基础上与Ti（O-Bu）4复合制备TiO2/膨胀石墨复合材料，工艺流程见图3-1。

图3-1TiO2/EG制备工艺流程图

3.1.3膨胀石墨光催化性能表征

膨胀石墨负载TiO2光催化剂对甲基橙溶液的降解采用ZF-6型三用紫外线分析仪365nm波长作为光源。

模拟燃料污水由0.2%甲基橙溶液配成20mg/l的溶液，用UV-2600型紫外可见分光光度计，在300～600nm波长范围内扫描，选取最大吸收波长462nm作为工作波长。

3.2结果与讨论

3.2.1Ti（O-Bu）4、H2O加入量对膨胀倍率的影响

图3-2Ti（O-Bu）4加入量对膨胀倍率的影响图3-3H2O加入量对膨胀倍率的影响

图3-2、3-3为煅烧时间为15min条件下，不同Ti（O-Bu）4、H2O加入量对TiO2/膨胀石墨膨胀倍率的影响。

由图3-2可见，随着Ti（O-Bu）4加入量的增加，EG/TiO2膨胀倍率呈现先减小后增大的趋势，这可能是因为负载Ti（O-Bu）4凝胶，抑制了EG/TiO2的膨胀。

而当Ti（O-Bu）4过量时，将可膨胀石墨完全覆盖，在膨胀时，阻碍了插层物的释放，使插层物在C轴方向继续膨胀，膨胀倍率增加。

由图3-3可见随着H2O加入量的增加，TiO2/膨胀石墨膨胀倍率减小。

这是由于在Ti（O-Bu）4加入量为4ml，H2O加入量为0.25~0.75ml条件下。

随着H2O加入量的增加，溶胶粘度逐渐上升，导致大量凝胶富集在膨胀石墨表面，抑制了TiO2/膨胀石墨的膨胀[16-17]。

3.2.2TiO2/膨胀石墨的结构特征

图3-4TiO2/膨胀石墨（a）与膨胀石墨（b）的X射线衍射图谱

图3-4为TiO2/膨胀石墨与膨胀石墨的X射线衍射图谱，从图3-4中可以看出在TiO2/膨胀石墨中25.4°处出现了TiO2锐钛矿（101）结构的特征峰，表明所负载TiO2的晶型为锐钛矿型。

衍射峰较为尖锐，说明所负载TiO2样品有较好的结晶性能。

3.2.3TiO2/膨胀石墨的形貌特征

图3-5为TiO2/膨胀石墨的SEM形貌图谱，从图a中可以看到，TiO2已负载在膨胀石墨的表面及孔隙间。

TiO2在膨胀石墨豆荚状开口处存在团聚现象，这是由于，在膨胀石墨制备过程中，其豆荚状开口被氧化形成C=O等结构。

在高温膨胀还原后，部分C原子依然处于活性状态，容易与TiO2结合，首先捕捉到TiO2，出现少量团聚现象。

图b中可看到除豆荚状开口除外，TiO2较为均一的分布在膨胀石墨表面及空隙间。

经统计，TiO2粒径大小为50~100nm。

（a）（b）

图3-5TiO2/膨胀石墨的SEM形貌

3.2.4膨胀石墨、TiO2/膨胀石墨热失重曲线分析

比较图3-6、图3-7可发现，在100~222℃TiO2/EG失重率仅为4.42%，远低于膨胀石墨中的10.85%。

这表明Ti（O-Bu）4凝胶的包覆可以阻碍膨胀石墨中内存水及插层物的释放，缩短了膨胀温度区间，有助于膨胀倍率的提高。

同时，图3-6中222~260℃为TiO2/膨胀石墨的主要膨胀区间，在该阶段，TiO2/膨胀石墨中插层物迅速气化。

但由于Ti（O-Bu）4凝胶的包覆作用，插层物无法直接逸出，使其在石墨的C轴方向上继续膨胀，同样有利于膨胀倍率的提高。

图3-6膨胀石墨热失重分析曲线

图3-7TiO2/EG热失重分析曲线

在950℃后，TiO2/膨胀石墨剩余灰分质量分数为26.05%，膨胀石墨剩余灰分质量分数为10.20%，其差值15.85%为TiO2，与理论TiO2含量16%相近，表明Ti（O-Bu）4已完全转变为TiO2。

3.3.5煅烧时间对TiO2/膨胀石墨表观催化速率的影响

图3-8为H2O加入量为0.5ml、Ti（O-Bu）4加入量为5ml条件下，在不同煅烧时间对TiO2/膨胀石墨表观催化速率的影响。

由图3-8可见随着煅烧时间的增长，表观催化速率呈现先增大后减小的趋势，在煅烧15min时表观催化速率最大，达1.80×10-3min-1。

这是因为在600℃，还原条件下，在5~15min，TiO2逐渐由无定型态向锐钛矿型转化，表观催化速率提高。

继续煅烧，由于膨胀石墨的还原作用，TiO2由锐钛矿型向更稳定的金红石型转化，最终可能形成Ti7O13、Ti8O15、Ti9O17等结构[7]。

图3-8煅烧时间对表观催化速率的影响

3.3.6H2O含量对TiO2/膨胀石墨脱色率的影响

图3-9为Ti（O-Bu）4加入量为6ml，煅烧时间为15min条件下，在紫外光的照射下，不同蒸馏水加入量对TiO2/膨胀石墨脱色率的影响。

随着水含量的增加，TiO2/膨胀石墨脱色率呈现逐渐增加的趋势。

在吸附催化时间为90min时，TiO2/膨胀石墨对甲基橙的吸附达到饱和。

图3-10为0.02gTiO2/膨胀石墨处理50ml甲基橙模拟废水的示意图。

从图中可看到，紫外光照射下，吸附催化时间为60min时，甲基橙模拟废水已基本澄清。

图3-9H2O含量对TiO2/膨胀石墨脱色率的影响图3-100.02gTiO2/膨胀石墨处理50ml甲基橙模拟废水

3.3小结

1．在600℃下，TiO2/膨胀石墨光催化剂中TiO2晶型随煅烧时间的增长而变化，在煅烧时间为15min时，表观催化速率最大。

2．由于Ti（O-Bu）4凝胶的包覆作用，在Ti（O-Bu）4含量为6ml时，阻碍了插层物的释放，使插层物在C轴方向继续膨胀，TiO2/膨胀石墨膨胀倍率提高。

3．TiO2/膨胀石墨在吸附时间为90min时，对甲基橙的吸附达到饱和。

即为最优吸附时间。

4化学剥离制备氧化石墨烯及表征

自从2004年单独存在的二维晶体结构石墨烯发现以来，石墨烯优异的电学、热学、力学性能引起了各国学者的关注。

石墨烯的制备是石墨烯基础研究及应用领域的一个重要问题，找到一种大规模合成制备高质量石墨烯的常规方法，有利于石墨烯相关性能基础研究及工业应用的开展。

已报道的石墨烯制备方法包括:

微机械剥离法[18]，外延生长法[19-22]，化学剥离法[23-24]，溶剂热法[25]，气相沉积法[26-27]等。

微机械剥离法可以获得纯度较高的薄层石墨烯，但是产率低，制备工艺复杂；外延生长法使用SiC等材料作为基体，可得到纯度较高的单层石墨烯，但是存在石墨烯与基体不易分离的问题；溶剂热法利用碱金属和醇反应，可得到薄层石墨烯，但其表面存在大量含氧官能团，从而影响石墨烯的性能;气相沉积法可以制备高质量的石墨烯，但催化剂Ru及Ir价格昂贵，制约了石墨烯的大规模制备，化学氧化剥离法制备石墨烯被认为是一种常规且大规模合成石墨烯的有效途径。

利用Hummer法[11]或Staudenmaier法[12]等化学氧化法得到氧化石墨，超声剥离得到氧化石墨烯，随后利用水合肼等还原剂进行还原，可大批量制备石墨烯。

本文采用化学剥离法，用Hummers法将膨胀石墨氧化，在N,N-二甲基甲酰胺溶液中超声剥离，制备出均匀稳定的氧化石墨烯悬浮液[28-31]。

这种方法易于操作、成本低，更有利于实现规模化生产。

研究为进一步制备石墨烯和氧化石墨烯复合材料具有指导意义。

4.1实验部分

4.1.1原料与试剂

表3-1实验药品

药品名称

规格

生产厂家

膨胀石墨

--

自制

浓硫酸

分析纯

武汉永发化工制造有限公司

30%双氧水

分析纯

天津市富宇精细化工有限公司

N,N-二甲基甲酰胺

分析纯

国药集团化学试剂有限公司

38%盐酸

分析纯

武汉华松精细化工有限公司

硝酸钡

分析纯

天津市标准科技有限公司

4.1.2制备工