热剥离法制备石墨烯纳米片对Pb2+和Cd2+的吸附

李保庆 袁文辉 李莉

引用本文: 李保庆, 袁文辉, 李莉. 热剥离法制备石墨烯纳米片对Pb2+和Cd2+的吸附[J]. 物理化学学报, 2016, 32(4): 997-1004. doi: 10.3866/PKU.WHXB201602182 shu
Citation:  LI Bao-Qing, YUAN Wen-Hui, LI Li. Adsorption of Pb2+ and Cd2+ on Graphene Nanosheets Prepared Using Thermal Exfoliation[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2016, 32(4): 997-1004. doi: 10.3866/PKU.WHXB201602182 shu

热剥离法制备石墨烯纳米片对Pb2+和Cd2+的吸附

    通讯作者: 袁文辉
  • 基金项目:

    广东环境保护工程职业学院2013 年院长基金及国家自然科学基金(20976057)资助项目 (20976057)

摘要: 石墨粉氧化后,在氮气气氛下,快速高温剥离制得石墨烯纳米片。采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(HRTEM)、拉曼(Raman)光谱、傅里叶变换红外(FT-IR)光谱和氮气吸附-脱附等分析手段对石墨烯样品进行了表征。这些分析测试结果显示:石墨烯样品主要由很薄的1-4 层石墨组成,呈褶皱状态,比表面积为628.5 m2·g-1。研究了石墨烯吸附水溶液中的Pb2+和Cd2+的pH值、吸附时间、吸附温度和金属离子初始浓度等影响因素,Pb2+和Cd2+的最大吸附量分别为460.20和72.39 mg·g-1。结果表明,热剥离法制得的高质量石墨烯纳米片可以作为一种高效的从水中去除Pb2+和Cd2+的吸附材料。

English

    1. [1]

      (1) Gaur, V. K.; Gupta, S. K.; Pandey, S. D.; Gopal, K.; Misra, V. Environ. Monit. Assess. 2005, 102, 419. doi: 10.1007/s10661-005-6395-6(1) Gaur, V. K.; Gupta, S. K.; Pandey, S. D.; Gopal, K.; Misra, V. Environ. Monit. Assess. 2005, 102, 419. doi: 10.1007/s10661-005-6395-6

    2. [2]

      (2) Wu, G.; Li, L. Y. J. Contam. Hydrol. 1998, 33, 313. doi: 10.1016/S0169-7722(98)00075-8(2) Wu, G.; Li, L. Y. J. Contam. Hydrol. 1998, 33, 313. doi: 10.1016/S0169-7722(98)00075-8

    3. [3]

      (3) Kikuchi, Y.; Qian, Q.; Machida, M.; Tatsumoto, H. Carbon 2006, 44, 195. doi: 10.1016/j.carbon.2005.07.040(3) Kikuchi, Y.; Qian, Q.; Machida, M.; Tatsumoto, H. Carbon 2006, 44, 195. doi: 10.1016/j.carbon.2005.07.040

    4. [4]

      (4) Gardea-Torresdey, J.; Hejazi, M.; Tiemann, K.; Parsons, J. G.; Duarte-Gardea, M.; Henning, J. J. Hazard. Mater. B 2002, 91, 95. doi: 10.1016/S0304-3894(01)00363-6(4) Gardea-Torresdey, J.; Hejazi, M.; Tiemann, K.; Parsons, J. G.; Duarte-Gardea, M.; Henning, J. J. Hazard. Mater. B 2002, 91, 95. doi: 10.1016/S0304-3894(01)00363-6

    5. [5]

      (5) Dabrowski, A. Adv. Colloid Interface 2001, 93, 135. doi: 10.1016/S0001-8686(00)00082-8(5) Dabrowski, A. Adv. Colloid Interface 2001, 93, 135. doi: 10.1016/S0001-8686(00)00082-8

    6. [6]

      (6) Lagadic, I. L.; Mitchell, M. K.; Payne, B. D. Environ. Sci. Technol. 2001, 35, 984. doi: 10.1021/es001526m(6) Lagadic, I. L.; Mitchell, M. K.; Payne, B. D. Environ. Sci. Technol. 2001, 35, 984. doi: 10.1021/es001526m

    7. [7]

      (7) Machida, M.; Yamazaki, R.; Aikawa, M.; Tatsumoto, H. Sep. Purif. Technol. 2005, 46, 88. doi: 10.1016/j.seppur.2005.04.015(7) Machida, M.; Yamazaki, R.; Aikawa, M.; Tatsumoto, H. Sep. Purif. Technol. 2005, 46, 88. doi: 10.1016/j.seppur.2005.04.015

    8. [8]

      (8) Machida, M.; Mochimaru, T.; Tatsumoto, H. Carbon 2006, 44, 2681. doi: 10.1016/j.carbon.2006.04.003(8) Machida, M.; Mochimaru, T.; Tatsumoto, H. Carbon 2006, 44, 2681. doi: 10.1016/j.carbon.2006.04.003

    9. [9]

      (9) Chae, H. K.; Siberio-Pérez, D. Y.; Kim, J. Nature 2004, 427, 523. doi: 10.1038/nature02311(9) Chae, H. K.; Siberio-Pérez, D. Y.; Kim, J. Nature 2004, 427, 523. doi: 10.1038/nature02311

    10. [10]

      (10) Yang, Z.; Xia, Y.; Mokaya, R. J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 1673. doi: 10.1021/ja067149g(10) Yang, Z.; Xia, Y.; Mokaya, R. J. Am. Chem. Soc. 2007, 129, 1673. doi: 10.1021/ja067149g

    11. [11]

      (11) Wu, W. Q.; Yang, Y.; Zhou, H. H.; Ye, T. T.; Huang, Z. Y.; Liu, R.; Kuang, Y. F. Water Air Soil Pollut. 2013, 224, 1372. doi: 10.1007/s11270-012-1372-5(11) Wu, W. Q.; Yang, Y.; Zhou, H. H.; Ye, T. T.; Huang, Z. Y.; Liu, R.; Kuang, Y. F. Water Air Soil Pollut. 2013, 224, 1372. doi: 10.1007/s11270-012-1372-5

    12. [12]

      (12) Shim, J.W.; Park, S. J.; Ryu, S. K. Carbon 2001, 39, 1635. doi: 10.1016/S0008-6223(00)00290-6(12) Shim, J.W.; Park, S. J.; Ryu, S. K. Carbon 2001, 39, 1635. doi: 10.1016/S0008-6223(00)00290-6

    13. [13]

      (13) Machida, M.; Aikawa, M.; Tatsumoto, H. J. Hazard. Mater. B 2005, 120, 271. doi: 10.1016/j.jhazmat.2004.11.029(13) Machida, M.; Aikawa, M.; Tatsumoto, H. J. Hazard. Mater. B 2005, 120, 271. doi: 10.1016/j.jhazmat.2004.11.029

    14. [14]

      (14) Mohan, D.; Singh, K. P. Water Res. 2002, 36, 2304. doi: 10.1016/S0043-1354(01)00447-X(14) Mohan, D.; Singh, K. P. Water Res. 2002, 36, 2304. doi: 10.1016/S0043-1354(01)00447-X

    15. [15]

      (15) Leyva-Ramos, R.; Bernal-Jacome, L. A.; Acosta-Rodriguez, I. Sep. Purif. Technol. 2005, 45, 41. doi: 10.1016/j.seppur.2005.02.005(15) Leyva-Ramos, R.; Bernal-Jacome, L. A.; Acosta-Rodriguez, I. Sep. Purif. Technol. 2005, 45, 41. doi: 10.1016/j.seppur.2005.02.005

    16. [16]

      (16) Li, Y. H.; Ding, J.; Luan, Z.; Di, Z.; Zhu, Y.; Xu, C.;Wu, D.; Wei, B. Carbon 2003, 41, 2787. doi: 10.1016/S0008-6223(03)00392-0(16) Li, Y. H.; Ding, J.; Luan, Z.; Di, Z.; Zhu, Y.; Xu, C.;Wu, D.; Wei, B. Carbon 2003, 41, 2787. doi: 10.1016/S0008-6223(03)00392-0

    17. [17]

      (17) Allen, M. J.; Tung, V. C.; Kaner, R. B. Chem. Rev. 2010, 110, 132. doi: 10.1021/cr900070d(17) Allen, M. J.; Tung, V. C.; Kaner, R. B. Chem. Rev. 2010, 110, 132. doi: 10.1021/cr900070d

    18. [18]

      (18) Sridhar, V.; Jeon, J. H.; Oh, I. K. Carbon 2010, 48, 2953. doi: 10.1016/j.carbon.2010.04.034(18) Sridhar, V.; Jeon, J. H.; Oh, I. K. Carbon 2010, 48, 2953. doi: 10.1016/j.carbon.2010.04.034

    19. [19]

      (19) Novoselov, K. S.; Geim, A. K.; Morozov S. V. Science 2004, 306, 666. doi: 10.1126/science.1102896(19) Novoselov, K. S.; Geim, A. K.; Morozov S. V. Science 2004, 306, 666. doi: 10.1126/science.1102896

    20. [20]

      (20) Liang, M.; Zhi, L. J. Mater. Chem. 2009, 19, 5871. doi: 10.1039/b901551e(20) Liang, M.; Zhi, L. J. Mater. Chem. 2009, 19, 5871. doi: 10.1039/b901551e

    21. [21]

      (21) Madadrang, C. J.; Kim, H. Y.; Gao, G. H.;Wang, N.; Zhu, J.; Feng, H.; Matthew Gorring, M.; Kasner, M. L.; Hou, S. F. ACS Appl. Mater. Interfaces 2012, 4, 1186. doi: 10.1021/am201645g(21) Madadrang, C. J.; Kim, H. Y.; Gao, G. H.;Wang, N.; Zhu, J.; Feng, H.; Matthew Gorring, M.; Kasner, M. L.; Hou, S. F. ACS Appl. Mater. Interfaces 2012, 4, 1186. doi: 10.1021/am201645g

    22. [22]

      (22) Yang, S.; Li, L. Y.; Pei, Z. G.; Li, C. M.; Shan, X. Q.;Wen, B.; Zhang, S. Z.; Zheng, L. R.; Zhang, J.; Xie, Y. N.; Huang, R. X. Carbon 2014, 75, 227. doi: 10.1016/j.carbon.2014.03.057(22) Yang, S.; Li, L. Y.; Pei, Z. G.; Li, C. M.; Shan, X. Q.;Wen, B.; Zhang, S. Z.; Zheng, L. R.; Zhang, J.; Xie, Y. N.; Huang, R. X. Carbon 2014, 75, 227. doi: 10.1016/j.carbon.2014.03.057

    23. [23]

      (23) Tan, P.; Sun, J.; Hu, Y. Y.; Fang, Z.; Bi, Q.; Chen, Y. C.; Cheng, J. H. J. Hazard. Mater. 2015, 297, 251. doi: 10.1016/j.jhazmat.2015.04.068(23) Tan, P.; Sun, J.; Hu, Y. Y.; Fang, Z.; Bi, Q.; Chen, Y. C.; Cheng, J. H. J. Hazard. Mater. 2015, 297, 251. doi: 10.1016/j.jhazmat.2015.04.068

    24. [24]

      (24) Schniepp, H. C.; Li, J. L.; McAllister, M. J.; Sai, H.; Herrera-Alonso, M.; Adamson, D. H.; Prud' homme, R. K.; Car, R.; Saville, D. A.; Aksay, I. A. J. Phys. Chem. B 2006, 110, 8535.(24) Schniepp, H. C.; Li, J. L.; McAllister, M. J.; Sai, H.; Herrera-Alonso, M.; Adamson, D. H.; Prud' homme, R. K.; Car, R.; Saville, D. A.; Aksay, I. A. J. Phys. Chem. B 2006, 110, 8535.

    25. [25]

      (25) Hummers, W. S.; Offeman, R. E. J. Am. Chem. Soc. 1958, 80, 1339. doi: 10.1021/ja01539a017(25) Hummers, W. S.; Offeman, R. E. J. Am. Chem. Soc. 1958, 80, 1339. doi: 10.1021/ja01539a017

    26. [26]

      (26) Wu, Z. S.; Ren, W.; Gao, L.; Liu, B.; Jiang, C.; Cheng, H. M. Carbon 2009, 47, 493. doi: 10.1016/j.carbon.2008.10.031(26) Wu, Z. S.; Ren, W.; Gao, L.; Liu, B.; Jiang, C.; Cheng, H. M. Carbon 2009, 47, 493. doi: 10.1016/j.carbon.2008.10.031

    27. [27]

      (27) Yuan, W. H.; Li, B. Q.; Li, L. Acta Phys. -Chim. Sin. 2011, 27, 2244. [袁文辉, 李保庆, 李莉. 物理化学学报, 2011, 27, 2244.] doi: 10.3866/PKU.WHXB20110838(27) Yuan, W. H.; Li, B. Q.; Li, L. Acta Phys. -Chim. Sin. 2011, 27, 2244. [袁文辉, 李保庆, 李莉. 物理化学学报, 2011, 27, 2244.] doi: 10.3866/PKU.WHXB20110838

    28. [28]

      (28) Yuan, W. H.; Li, B. Q.; Li, L. Appl. Surf. Sci. 2011, 257, 10183. doi: 10.1016/j.apsusc.2011.07.015(28) Yuan, W. H.; Li, B. Q.; Li, L. Appl. Surf. Sci. 2011, 257, 10183. doi: 10.1016/j.apsusc.2011.07.015

    29. [29]

      (29) Qian, J. S.; Jin, H. Y.; Chen, B. L.; Lin, M.; Lu, W.; Tang, W. M.; Xiong, W.; Chan, H. L.W.; Lau, S. P.; Yuan, J. K. Angew. Chem. Int. Edit. 2015, 54, 6800. doi: 10.1002/anie.201501261(29) Qian, J. S.; Jin, H. Y.; Chen, B. L.; Lin, M.; Lu, W.; Tang, W. M.; Xiong, W.; Chan, H. L.W.; Lau, S. P.; Yuan, J. K. Angew. Chem. Int. Edit. 2015, 54, 6800. doi: 10.1002/anie.201501261

    30. [30]

      (30) Moreno-Castilla, C.; López-Ramón, M. V.; Carrasco-Marín, F. Carbon 2000, 38, 1995. doi: 10.1016/S0008-6223(00)00048-8(30) Moreno-Castilla, C.; López-Ramón, M. V.; Carrasco-Marín, F. Carbon 2000, 38, 1995. doi: 10.1016/S0008-6223(00)00048-8

    31. [31]

      (31) Scherrer, P. Göttinger Nachrichten 1918, 2, 98.(31) Scherrer, P. Göttinger Nachrichten 1918, 2, 98.

    32. [32]

      (32) Pan, D.;Wang, S.; Zhao, B.;Wu, M.; Zhang, H.;Wang, Y.; Jiao, Z. Chem. Mater. 2009, 21, 3136. doi: 10.1021/cm900395k(32) Pan, D.;Wang, S.; Zhao, B.;Wu, M.; Zhang, H.;Wang, Y.; Jiao, Z. Chem. Mater. 2009, 21, 3136. doi: 10.1021/cm900395k

    33. [33]

      (33) Szabó, T.; Berkesi, O.; Dékány, I. Carbon 2005, 43, 3186. doi: 10.1016/j.carbon.2005.07.013(33) Szabó, T.; Berkesi, O.; Dékány, I. Carbon 2005, 43, 3186. doi: 10.1016/j.carbon.2005.07.013

    34. [34]

      (34) Wang, G. X.; Yang, J.; Park, J.; Gou, X. L.;Wang, B.; Liu, H.; Yao, J. J. Phys. Chem. C 2008, 112, 8192. doi: 10.1021/jp710931h(34) Wang, G. X.; Yang, J.; Park, J.; Gou, X. L.;Wang, B.; Liu, H.; Yao, J. J. Phys. Chem. C 2008, 112, 8192. doi: 10.1021/jp710931h

    35. [35]

      (35) Guo, P.; Song, H.; Chen, X. Electrochem. Commun. 2009, 11, 1320. doi: 10.1016/j.elecom.2009.04.036(35) Guo, P.; Song, H.; Chen, X. Electrochem. Commun. 2009, 11, 1320. doi: 10.1016/j.elecom.2009.04.036

    36. [36]

      (36) Paek, S. M.; Yoo, E. J.; Honma, I. Nano Lett. 2009, 9, 72. doi: 10.1021/nl802484w(36) Paek, S. M.; Yoo, E. J.; Honma, I. Nano Lett. 2009, 9, 72. doi: 10.1021/nl802484w

    37. [37]

      (37) Meyer, J. C.; Geim, A. K.; Katsnelson, M. I.; Novoselov, K. S.; Booth, T. J.; Roth, S. Nature 2007, 446, 60. doi: 10.1038/nature05545(37) Meyer, J. C.; Geim, A. K.; Katsnelson, M. I.; Novoselov, K. S.; Booth, T. J.; Roth, S. Nature 2007, 446, 60. doi: 10.1038/nature05545

    38. [38]

      (38) Jung, I.; Pelton, M.; Piner, R.; Dikin, D. A.; Stankovich, S.; Watcharotone, S. Nano Lett. 2007, 7, 3569. doi: 10.1021/nl0714177(38) Jung, I.; Pelton, M.; Piner, R.; Dikin, D. A.; Stankovich, S.; Watcharotone, S. Nano Lett. 2007, 7, 3569. doi: 10.1021/nl0714177

    39. [39]

      (39) Pimenta, M. A.; Dresselhaus, G.; Dresselhaus, M. S.; Cançado, L. G.; Jorio, A.; Saito, R. Phys. Chem. Chem. Phys. 2007, 9, 1276. doi: 10.1039/b613962k(39) Pimenta, M. A.; Dresselhaus, G.; Dresselhaus, M. S.; Cançado, L. G.; Jorio, A.; Saito, R. Phys. Chem. Chem. Phys. 2007, 9, 1276. doi: 10.1039/b613962k

    40. [40]

      (40) Liu, M. X.; Gan, L. H.; Xiong, W.; Zhao, F. Q.; Fan, X. Z.; Zhu, D. Z.; Xu, Z. J.; Hao, Z. X.; Chen, L.W. Energy Fuel. 2013, 27, 1168. doi: 10.1021/ef302028j(40) Liu, M. X.; Gan, L. H.; Xiong, W.; Zhao, F. Q.; Fan, X. Z.; Zhu, D. Z.; Xu, Z. J.; Hao, Z. X.; Chen, L.W. Energy Fuel. 2013, 27, 1168. doi: 10.1021/ef302028j

    41. [41]

      (41) Liu, M. X.; Gan, L. H.; Xiong, W.; Xu, Z. J.; Zhu, D. Z.; Chen, L.W. J. Mater. Chem. A 2014, 2, 2555.(41) Liu, M. X.; Gan, L. H.; Xiong, W.; Xu, Z. J.; Zhu, D. Z.; Chen, L.W. J. Mater. Chem. A 2014, 2, 2555.

    42. [42]

      (42) Stankovich, S.; Dikin, D. A.; Piner, R. D.; Kohlhaas, K. A.; Kleinhammes, A.; Jia, Y.;Wu, Y.; Nguyen, S. T.; Ruoff, R. S. Carbon 2007, 45, 1558. doi: 10.1016/j.carbon.2007.02.034(42) Stankovich, S.; Dikin, D. A.; Piner, R. D.; Kohlhaas, K. A.; Kleinhammes, A.; Jia, Y.;Wu, Y.; Nguyen, S. T.; Ruoff, R. S. Carbon 2007, 45, 1558. doi: 10.1016/j.carbon.2007.02.034

    43. [43]

      (43) Stafiej, A.; Pyrzynska, K. Sep. Purif. Technol. 2007, 58, 49. doi: 10.1016/j.seppur.2007.07.008(43) Stafiej, A.; Pyrzynska, K. Sep. Purif. Technol. 2007, 58, 49. doi: 10.1016/j.seppur.2007.07.008

    44. [44]

      (44) Deng, X. J.; Lv, L. L.; Li, H.W.; Luo, F. J. Hazard. Mater. 2010, 183, 923. doi: 10.1016/j.jhazmat.2010.07.117(44) Deng, X. J.; Lv, L. L.; Li, H.W.; Luo, F. J. Hazard. Mater. 2010, 183, 923. doi: 10.1016/j.jhazmat.2010.07.117

    45. [45]

      (45) Kabbashi, N. A.; Atieh, M. A.; Al-Mamun, A.; Mirghami, M. E.; Alam, M. D. Z.; Yahya, N. J. Environ. Sci. 2009, 21, 539. doi: 10.1016/S1001-0742(08)62305-0(45) Kabbashi, N. A.; Atieh, M. A.; Al-Mamun, A.; Mirghami, M. E.; Alam, M. D. Z.; Yahya, N. J. Environ. Sci. 2009, 21, 539. doi: 10.1016/S1001-0742(08)62305-0

    46. [46]

      (46) Li, Y. H.; Ding, J.; Luan, Z.; Di, Z.; Zhu, Y.; Xu, C.;Wu, D.; Wei, B. Carbon 2003, 41, 2787. doi: 10.1016/S0008-6223(03)00392-0(46) Li, Y. H.; Ding, J.; Luan, Z.; Di, Z.; Zhu, Y.; Xu, C.;Wu, D.; Wei, B. Carbon 2003, 41, 2787. doi: 10.1016/S0008-6223(03)00392-0

    47. [47]

      (47) Wang, H. J.; Zhou, A. L.; Peng, F.; Yu, H.; Chen, L. F. Mater. Sci. Eng. A 2007, 466, 201. doi: 10.1016/j.msea.2007.02.097(47) Wang, H. J.; Zhou, A. L.; Peng, F.; Yu, H.; Chen, L. F. Mater. Sci. Eng. A 2007, 466, 201. doi: 10.1016/j.msea.2007.02.097

    48. [48]

      (48) Li, Y. H.;Wang, S.; Luan, Z.; Ding, J.; Xu, C.;Wu, D. Carbon 2003, 41, 1057. doi: 10.1016/S0008-6223(02)00440-2(48) Li, Y. H.;Wang, S.; Luan, Z.; Ding, J.; Xu, C.;Wu, D. Carbon 2003, 41, 1057. doi: 10.1016/S0008-6223(02)00440-2

    49. [49]

      (49) Wang, J.; Chen, B. L. Chem. Eng. J. 2015, 281, 379. doi: 10.1016/j.cej.2015.06.102(49) Wang, J.; Chen, B. L. Chem. Eng. J. 2015, 281, 379. doi: 10.1016/j.cej.2015.06.102

    50. [50]

      (50) Sanchez-Polo, M.; Rivera-Utrilla, J. Environ. Sci. Technol. 2002, 36, 3850. doi: 10.1021/es0255610(50) Sanchez-Polo, M.; Rivera-Utrilla, J. Environ. Sci. Technol. 2002, 36, 3850. doi: 10.1021/es0255610

    51. [51]

      (51) Rivera-Utrilla, J.; Sanchez-Polo, M. Water. Res. 2003, 37, 3335. doi: 10.1016/S0043-1354(03)00177-5(51) Rivera-Utrilla, J.; Sanchez-Polo, M. Water. Res. 2003, 37, 3335. doi: 10.1016/S0043-1354(03)00177-5

    52. [52]

      (52) Yushin, G.; Dash, R.; Jagiello, J.; Fischer, J. E.; Gogotsi, Y. Adv. Funct. Mater. 2006, 16, 2288. doi: 10.1002/adfm.200500830(52) Yushin, G.; Dash, R.; Jagiello, J.; Fischer, J. E.; Gogotsi, Y. Adv. Funct. Mater. 2006, 16, 2288. doi: 10.1002/adfm.200500830

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  5
  • 文章访问数:  447
  • HTML全文浏览量:  46
文章相关
  • 发布日期:  2016-02-18
  • 收稿日期:  2015-12-22
  • 网络出版日期:  2016-02-17
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章