氧化石墨烯及其磁性复合材料对废水中镉离子吸附效果的研究(附件)【字数：16132】
摘 要摘 要自从2015年“镉大米”事件以来，人们对镉的关注越来越多，对镉的认知也越来越多，如何经济、有效、快速地去除水中的重金属镉离子是现今人们迫切需要解决的问题。本实验将研究氧化石墨烯及其磁性复合材料的制备以及对含镉废水的吸附问题。本实验采用改进的Hummers法制备氧化石墨烯，将浓硫酸、浓磷酸、高锰酸钾和石墨粉经氧化反应之后，得到土黄色、含有大量含氧官能团的石墨薄片，这些石墨薄片层可以经超声或高剪切剧烈搅拌剥离为氧化石墨烯，并在水中形成稳定、浅棕色的单层氧化石墨烯悬浮液，然后通过化学共沉淀法制备得到CoFe2O4-rGO即氧化石墨烯磁性复合材料。以Cd2+为吸附对象，研究了吸附剂的最佳投加量、废水溶液的最佳pH、吸附剂的最佳震荡时间和吸附时温度等因素对吸附效果的影响。此外还对吸附动力学、吸附等温模型等问题进行探究。结果表明，氧化石墨烯的吸附效果要好于磁性材料。关键词氧化石墨烯、CoFe2O4-rGO、吸附、Cd2+
目 录
第一章 绪论 1
1.1 重金属在废水中的污染状况 1
1.1.1 水资源现状 1
1.1.2 我国水资源现状 1
1.1.3 重金属的污染现状 1
1.1.4 重金属镉的来源 2
1.1.5 重金属镉的危害 2
1.2 重金属废水处理技术 3
1.2.1 物化法 4
1.2.2 化学法 5
1.2.3 生物法 6
1.2.4 吸附法 6
1.3 吸附剂 7
1.3.1 活性炭 7
1.3.2 天然吸附剂与矿石吸附剂 7
1.3.3 生物吸附剂 8
1.3.4 石墨烯 8
1.3.5 氧化石墨烯 9
第二章 材料与方法 10
2.1 主要试剂 10
2.2 实验仪器 10
2.3 COFE2O4RGO的合成 11
2.3.1 氧化石墨烯的制备 11
2.3.2 氧化石墨烯磁性复合材料（CoFe2O4rGO）的制备 11
2.4 实验方法 12
2.4.1 Cd *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
（Ⅱ）的标准曲线的测定 12
2.4.2 GO与rGO对Cd（Ⅱ）最佳吸附剂用量的测定 12
2.4.3 pH对GO与rGO吸附Cd（Ⅱ）的影响 13
2.4.4 吸附时间对GO与rGO对含镉废水的吸附效果的影响 13
第三章 结果与讨论 14
3.1 材料的表征 14
3.1.1 XRD表征 14
3.1.2 磁分离表征 15
3.1.3 BET孔径及孔隙度表征 15
3.2 实验数据 16
3.2.1 标准曲线的绘制 16
3.2.2 最佳吸附条件的确定 16
3.3 GO与RGO吸附CD（Ⅱ）的动力学模型研究 18
3.3.1 拟一级动力学拟合 19
3.3.2 拟二级动力学拟合 20
3.3 GO与RGO吸附CD（Ⅱ）的等温吸附模型的研究 21
3.3.1 20 oC时GO与rGO吸附Cd（Ⅱ）的吸附等温线 21
3.3.2 35 oC和45 oC时GO和rGO吸附Cd（Ⅱ）的吸附等温线 23
3.4 结论与展望 25
3.4.1 主要结论 25
3.4.2 展望未来 25
致 谢 27
参 考 文 献 28
第一章 绪论
1.1 重金属在废水中的污染状况
1.1.1 水资源现状
地球上水的总量约为14亿立方米，海洋水是水圈的主体，占总储量的96.53%；陆地水大约占总储量的3.467%；大气水只占总储量的0.001%。然而，淡水只占总水量的2.53%，而且大部分分布在南北两极的冰川之中。目前人类可以直接被使用的只有地下淡水、湖泊淡水和河床水，大约占地球总水量的0.77%，除去不能开采的深层地下水，人类实际能够利用的水只占地球上总水量的0.3%左右。可以看出，淡水资源是非常有限、非常珍贵的。
1.1.2 我国水资源现状
我国的淡水资源[1]总量约为28000千亿立方米，大约占全球淡水资源的6%，仅次于巴西、俄罗斯、加拿大，位列世界第四，然而，我国人口总量大，14亿的人口使得我国的人均水资源量只有2300立方米，仅仅只有世界水平的四分之一，被联合国认定为水资源最缺乏的国家之一。所以，我国是一个干旱缺水严重的国家，水资源的短缺深深地制约着我国经济的发展。更加让我们关注和担忧的是，我国水资源水体污染的情况也十分严峻。随着改革开放30年以来，我国工业进程的飞速发展，国内水资源用量飞速增加，随之而来的，污水排放量也不断增大，尤其是近几年，在大部分城市光顾着发展，而忘记了环境保护的情况下，工业上排放出来的污水、废水造成了非常严重的水污染[2]。
1.1.3 重金属的污染现状
重金属污染[3]是指因重金属或重金属离子而引起的环境污染。大部分是人为因素导致，主要有采矿、废气排放、污水灌溉[4]和使用重金属超标的物品等破坏环境的行为。这些活动导致包括水体、大气、土壤中的重金属含量增加，超出正常范围，影响人类的身体健康，甚至直接危害人体。重金属污染最严重的地方表现在水污染，还有一部分在大气和固体废弃物中。重金属废水污染，主要有以下危害：重金属污染物在自然情况下是不能够进行自我分解的，如果不妥善处理的话，重金属离子就会在水中重新溶解，会出现二次污染。生物体[5]在自然界中摄取到重金属离子以后，通过食物链的富集作用，随着时间的推移，重金属离子将会在食物链顶端富集。因此，如何处理含重金属离子的废水已然成为一项与环境息息相关的富有挑战性的研究工作。
1.1.4 重金属镉的来源
根据美国地质调查局在2014年公布的数据，可以看出中国是镉[6]储量最为丰富的国家，截止2013年，我国凭借9.2万吨的镉储量占全球总量（50万吨）的18.4%。镉可用于生产电池、塑料、颜料等，也作为不锈钢、电镀、雷达、电视机荧光屏等物品的原料，也是原子核反应堆的控制棒。由此可以看出，水体中的镉污染大部分来自于工业废水的排放。主要产生镉废水的行业包括有色金属的冶炼、电镀、玻璃、油漆、化纤、陶瓷、制药等，这些行业排放的镉远比天然镉矿物的风化所产生的镉污染严重的多。不仅如此，含镉污水的灌溉、工业污泥农田施用、大气镉尘被雨水冲刷加速了镉在植物体内的富集。2013年5月，在中国广东发现的来自于湖南的镉大米[7]事件引发了不小的轰动。
1.1.5 重金属镉的危害
目 录
第一章 绪论 1
1.1 重金属在废水中的污染状况 1
1.1.1 水资源现状 1
1.1.2 我国水资源现状 1
1.1.3 重金属的污染现状 1
1.1.4 重金属镉的来源 2
1.1.5 重金属镉的危害 2
1.2 重金属废水处理技术 3
1.2.1 物化法 4
1.2.2 化学法 5
1.2.3 生物法 6
1.2.4 吸附法 6
1.3 吸附剂 7
1.3.1 活性炭 7
1.3.2 天然吸附剂与矿石吸附剂 7
1.3.3 生物吸附剂 8
1.3.4 石墨烯 8
1.3.5 氧化石墨烯 9
第二章 材料与方法 10
2.1 主要试剂 10
2.2 实验仪器 10
2.3 COFE2O4RGO的合成 11
2.3.1 氧化石墨烯的制备 11
2.3.2 氧化石墨烯磁性复合材料（CoFe2O4rGO）的制备 11
2.4 实验方法 12
2.4.1 Cd *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
（Ⅱ）的标准曲线的测定 12
2.4.2 GO与rGO对Cd（Ⅱ）最佳吸附剂用量的测定 12
2.4.3 pH对GO与rGO吸附Cd（Ⅱ）的影响 13
2.4.4 吸附时间对GO与rGO对含镉废水的吸附效果的影响 13
第三章 结果与讨论 14
3.1 材料的表征 14
3.1.1 XRD表征 14
3.1.2 磁分离表征 15
3.1.3 BET孔径及孔隙度表征 15
3.2 实验数据 16
3.2.1 标准曲线的绘制 16
3.2.2 最佳吸附条件的确定 16
3.3 GO与RGO吸附CD（Ⅱ）的动力学模型研究 18
3.3.1 拟一级动力学拟合 19
3.3.2 拟二级动力学拟合 20
3.3 GO与RGO吸附CD（Ⅱ）的等温吸附模型的研究 21
3.3.1 20 oC时GO与rGO吸附Cd（Ⅱ）的吸附等温线 21
3.3.2 35 oC和45 oC时GO和rGO吸附Cd（Ⅱ）的吸附等温线 23
3.4 结论与展望 25
3.4.1 主要结论 25
3.4.2 展望未来 25
致 谢 27
参 考 文 献 28
第一章 绪论
1.1 重金属在废水中的污染状况
1.1.1 水资源现状
地球上水的总量约为14亿立方米，海洋水是水圈的主体，占总储量的96.53%；陆地水大约占总储量的3.467%；大气水只占总储量的0.001%。然而，淡水只占总水量的2.53%，而且大部分分布在南北两极的冰川之中。目前人类可以直接被使用的只有地下淡水、湖泊淡水和河床水，大约占地球总水量的0.77%，除去不能开采的深层地下水，人类实际能够利用的水只占地球上总水量的0.3%左右。可以看出，淡水资源是非常有限、非常珍贵的。
1.1.2 我国水资源现状
我国的淡水资源[1]总量约为28000千亿立方米，大约占全球淡水资源的6%，仅次于巴西、俄罗斯、加拿大，位列世界第四，然而，我国人口总量大，14亿的人口使得我国的人均水资源量只有2300立方米，仅仅只有世界水平的四分之一，被联合国认定为水资源最缺乏的国家之一。所以，我国是一个干旱缺水严重的国家，水资源的短缺深深地制约着我国经济的发展。更加让我们关注和担忧的是，我国水资源水体污染的情况也十分严峻。随着改革开放30年以来，我国工业进程的飞速发展，国内水资源用量飞速增加，随之而来的，污水排放量也不断增大，尤其是近几年，在大部分城市光顾着发展，而忘记了环境保护的情况下，工业上排放出来的污水、废水造成了非常严重的水污染[2]。
1.1.3 重金属的污染现状
重金属污染[3]是指因重金属或重金属离子而引起的环境污染。大部分是人为因素导致，主要有采矿、废气排放、污水灌溉[4]和使用重金属超标的物品等破坏环境的行为。这些活动导致包括水体、大气、土壤中的重金属含量增加，超出正常范围，影响人类的身体健康，甚至直接危害人体。重金属污染最严重的地方表现在水污染，还有一部分在大气和固体废弃物中。重金属废水污染，主要有以下危害：重金属污染物在自然情况下是不能够进行自我分解的，如果不妥善处理的话，重金属离子就会在水中重新溶解，会出现二次污染。生物体[5]在自然界中摄取到重金属离子以后，通过食物链的富集作用，随着时间的推移，重金属离子将会在食物链顶端富集。因此，如何处理含重金属离子的废水已然成为一项与环境息息相关的富有挑战性的研究工作。
1.1.4 重金属镉的来源
根据美国地质调查局在2014年公布的数据，可以看出中国是镉[6]储量最为丰富的国家，截止2013年，我国凭借9.2万吨的镉储量占全球总量（50万吨）的18.4%。镉可用于生产电池、塑料、颜料等，也作为不锈钢、电镀、雷达、电视机荧光屏等物品的原料，也是原子核反应堆的控制棒。由此可以看出，水体中的镉污染大部分来自于工业废水的排放。主要产生镉废水的行业包括有色金属的冶炼、电镀、玻璃、油漆、化纤、陶瓷、制药等，这些行业排放的镉远比天然镉矿物的风化所产生的镉污染严重的多。不仅如此，含镉污水的灌溉、工业污泥农田施用、大气镉尘被雨水冲刷加速了镉在植物体内的富集。2013年5月，在中国广东发现的来自于湖南的镉大米[7]事件引发了不小的轰动。
1.1.5 重金属镉的危害
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