鞣酸改性石墨烯

通过鞣酸改性石墨烯吸附和去除溶液中的罗丹明B刘坤平、李慧敏、王一鸣、苟小军、段一祥四川大学以及一系列的赘述关键字：石墨烯、鞣酸、罗丹明B、吸收动力学摘要：一种用于纳米合成鞣酸改性石墨烯简便且绿色的方法会减少鞣酸的用量，也会减少哪些改变石墨烯表面物化性质以提高吸收效率的反应试剂。随后，那些制备好的TA-G将会用于研究罗丹明B的吸收行为。由于强烈的相互作用和静电吸引，TA-G在RB的吸收行为中有很好的表现，吸收等温线符合LANGMUIR模型，实验数据也大概符合LANGMUIR模型计算的最大理论溶解度201mg/g。溶解动力学与pseudo-second-order模型相一致并且化学吸附溶解的速率控制步骤。因而，纳米合成的TA-G将会是去除溶液中罗丹明B理想的吸附剂，也会打开石墨烯在环境应用的潜力之门。1、简介被用于各行各业，比如纺织、涂料、食物、橡胶、药用、化妆行业的着色。它在水中释放的有害物质会污染环境，有些物质甚至会致癌严重危害健康。RB是一种重要的水溶性有机染料，广泛用于纺织物、食物、和生物工程的着色剂。因其怀疑有致癌性质，因而被禁用多年。但是随着工业的发展和不合法产业的出现，RB仍有机会进入食物链中危害人类健康。由于环境影响，去除染料溶液中有害物质尤为重要。如今，物理和化学方法都被用于处理颜料污染问题，如吸附、氧化、电化学氧化以及光催化氧化。其中，吸附是成本最低、效率最高的方法。很多的吸附剂如活性炭，自然物质，生物吸附剂都被用于吸收过程。最近，由于纳米科技和纳米材料的发展，为了提高效率，纳米材料以其优越的比表面积会吸附大量颜料而被广泛应用，并且取得了良好的效果，然而由于大量的染料和技术花费问题，也存在着很大的难关。石墨烯，一种拥挤的蜂窝状的单层二维碳源子结构，引起了人们的广泛兴趣。这是由于他有大量的自然优越性能；大量的特殊比表面积、优越的电导性能、电子移动性能而被用于纳米电子设备、传感器和纳米合成材料。由于大型的电子移位体系，石墨烯会与苯环化合物建立强烈的反应，也是本化合物一种很好的候选吸附试剂。但是石墨烯在水中更倾向于聚结成块，这是由于存在范德华力，限制了很多的优越性能，他的优越性能会在更少的层或单层结构展现。因而，经常用共价究石墨烯。鞣酸是一种高分子量聚酚化合物，它含有大量笨磷二酚和焦培酸，独特的减少EGO的能力。并且由于TA结构中有大量的苯环结构他还可以通过作为改良物质吸收单个石墨烯通过反应来获得纳米合成鞣酸石墨烯。石墨烯TA-G，会提高他们的物化性质来提高在水中稳定性。然而，在我们的知识层面内，还没有，报道过用TA-G来去除有机染料污染物。在这项工作一种用于纳米合成鞣酸改性石墨烯简便且绿色的方法会减少鞣酸的用量，也会减少哪些改变石墨烯表面物化性质以提高吸收效率的反应试剂。随后，那些制备好的TA-G将会用于研究罗丹明B的吸收行为。由于强烈的相互作用和静电吸引，TA-G在RB的吸收行为中有很好的表现，吸收等温线符合LANGMUIR模型。溶解动力学与pseudo-second-order模型相一致并且化学吸附溶解的速率控制步骤。因而，纳米合成的TA-G将会是去除溶液中罗丹明B理想的吸附剂，也会打开石墨烯在环境应用的潜力之门。2、实验2.1、设备和试剂罗明B（RB），单宁酸（TA）和石墨粉末（KS-10）购自Sigma。所使用的所有其它化学品均为分析纯的，无需进一步纯化即可使用。制备所述的Milli-Q系统（Millipore公司，公称电阻18.2M_厘米）在所有实验中使用的超纯水。所有的pH值进行了测量与小灵通-3B数字pH计（上海海雷磁设备厂，上海，中国）。场发射扫描电子显微镜（FESEM）做在一个KevexJSM-6701（日本）。传输ELEC特隆显微镜（TEM）图像，使用200千伏的加速电压由JEOL2100获得。上的Nicolet6700进行FT-IR分析进行（热）傅立叶变换红外spectrome之三。通过UV-Vis光谱被记录的Unico2802PCUV-Vis分光计。2.2、TA-G的制备氧化石墨烯（GO）的合成，从天然石墨粉末经修改后的^hummers和Offeman方法[19]。然后转到分散在水中，并进行超声剥离的方法，得到黄棕色分散在ultrasonica-器2小时，接着以3000rpm离心以去除任何unexfoliatedGO得到均质的剥离石墨烯氧化物（EGO）分散。接着，将4g单宁酸被加入到三颈烧瓶中，其中已含有100.0毫升该均匀EGO分散体中并搅拌30分钟，直到单宁酸（TA）已完全解决了。将所得混合物加热至95◦℃并使下搅拌环9小时进行反应。最后，将黑色丹宁酸官能石墨烯（TA-G）由三个过滤和水洗周期得到，然后在真空中干燥。此外，如在一个反面-控制实验的比较，纯石墨烯还制备用水合肼减少EGO无需添加任何官能试剂。2.3。由TA-G吸附和去除RBRB被用作模型染料来研究，所制备的TA-G的吸附行为。简言之，将10毫克的TA-G的加入到一系列的RB溶液给定浓度的（8.0，16.0，32.0，64.0，128.0，256.0，512.0毫克的L-1），分别然后NaOH溶液将pH值用调整为11。该悬浮液充分混合经超声15分钟，然后与在25◦下在空气浴摇床过夜摇动。温育后，将悬浮液在20,000rpm下离心20分钟，上清液的吸光度测定紫外可见分光光度计在555nm处确定使用内置用不同浓度的RB标准溶液的校正曲线的无界的RB。除非具体注明，在相同的条件下进行下面的吸收实验。调查吸收的动力学，RB（16.0，64.0，256.0毫克的L-1）的三个初始浓度被选择使用类似的方法来研究的实验参数，如温育时间，培养温度，pH值，和离子强度的影响上面提到的。3.结果与讨论3.1。TA-G特点绿色和一锅法用于通过使用单宁酸作为还原和官能化试剂来制备新颖的单宁酸官能石墨烯。还原的氧代基团EGO的和TA对石墨烯的边界由紫外-可见和红外光谱证实。如示于图4中的紫外可见光谱。图1A，TA（曲线a）表现出强烈的芳香Ë键和弱-[R键在212和276纳米，分别。EGO（曲线b）示出了在231纳米有强吸收和肩在300nm处，其对应于π—π*、n-n*CC和CO键上EGO表面，分别转换。还原后，纯石墨烯（曲线d）中，在231处的峰偏移到270毫微米表示石墨烯的共轭网络的恢复。峰在300消失纳米反映脱氧[20]的效果。然而，对于TA-G（曲线C），它显示了两个强大的吸附债券在212和276纳米，这是与TA一致。在石墨烯为270nm的债券应合并与债券在TA的276纳米。这表明，已经删除了氧组EGO和TA已成功为界对石墨烯表面。另外，如图中的FT-IR光谱图。如图1B所示，该规范-茶EGO的（曲线a）揭示OH的存在下（3400厘米-1），CO（1730厘米-1），CC（1620厘米-1），和CO（1050厘米-1）[21]。还原后，将显着降低或纯石墨烯（曲线b）氧代基团的吸附带的消失表明EGO成功地降低了。此外，COM-相比具有TA的标准光谱的TA-G（曲线C）在俄亥俄州的特征峰（3420厘米-1），CH（3100厘米-1），O（1700厘米-1），COC（1330厘米-1）清楚地表明，功能性，石墨化与TA。另外，如图中的FT-IR光谱图。如图1B所示，该规范-茶EGO的（曲线a）揭示OH的存在下（3400厘米-1），CO（1730厘米-1），CC（1620厘米-1），和CO（1050厘米-1）[21]。还原后，将显着降低或纯石墨烯（曲线b）氧代基团的吸附带的消失表明EGO成功地降低了。此外，COM-相比具有TA的标准光谱的TA-G（曲线C）在俄亥俄州的特征峰（3420厘米-1），CH（3100厘米-1），O（1700厘米-1），COC（1330厘米-1）清楚地表明，功能性，石墨化与TA。在TA-G的形态是由扫描电镜和透射电镜观察到的技术。如图SEM图像在图4的插图。1C，TA-G显示了一个跌宕起伏不均匀的表面和表像滚动真丝皱波面纱。的TEM图的图象。图1C显示出石墨烯的总图，并明确示出了在平面内的一些波纹和滚动还观察石墨的薄片状的形状。原子力显微镜（AFM）亲志愿组织的直接方法来表征的TA-G的形态和厚度。从代表AFM图像和横截面随着AFM中所示的TA-G图像的线分析。图1D中，starchGNS的厚度为约3.0纳米的比为约0.8纳米的平均厚度的EGO这明显更厚。这个结果表明，单宁酸已附着在石墨烯的两侧。3.2、RB对TA-G吸附等温线RB，TA-G，和TA-G与吸附RB的紫外-可见吸收光谱示于图。2.如可以看到的，TA-G（曲线b）指出了两个强吸收键在212和276纳米。与铷边界之后，RB在567纳米的特征键以RB/TA-G（曲线C），其具有12纳米红移相比RB在555纳米（曲线a）的特性键被观察到。红移的原因可能是，RB分子有四个芳香环，可以形成_π-π结构，TA-G层。因此，它表示的RB已成功地吸附在TA-G的表面上，形成的RB/TA-G的复合物。吸附等温线可以揭示在液相和固相中的吸附分子的分布，当吸附过程达到平衡状态。平衡吸附进行实验，以评估对TA-G的RB溶液和RB用的TA-G的吸附等温线的吸附量作为吸附剂，如图3A。铈（毫克的L-1）表示RB的吸附，它可以从上层溶液的紫外可见值根据RB的校正曲线进行计算后的RB的在水相中的平衡浓度。另外，量子效率（毫克G-1）表示的TA-G下RB中的平衡吸附量在吸附平衡，其中每吸附剂的单位质量重新吸附的RB的FL学分的重量上，并且可以使用初始（C0）和平衡来计算浓度RB的（CE）。如图。如图3A所示，平衡吸附量QE随平衡浓度Ce的增加和吸附等温线的斜率逐渐减小。当初始浓度高于16.00毫克的L-1下，RB的音响最终平衡浓度比2.74毫克的L-1以下，并移除英法fi效率高于82.88％。为了描述吸附平衡，三个经典吸附模型朗缪尔，符合Freundlich和特姆金模型用于分析的吸附平衡数据和三种模型给出;1QE=1qm+1KLqmCeLangmuir模型）LNQE=LNKF+1nln（Freundlich模型）QE=KTln+KTln（铁姆肯模型），其中，QM是每单位重量吸附的理论最大吸附量（毫克G-1），KL，KF，KT是朗缪尔，符合Freundlich吸附常数，铁姆肯车型，分别为。然后，n是符合Freundlich线性指数，其提供了如何有利是吸附过程和f是theTemkin等温线恒定的指示。Langmuir吸附等温线是基于吸附发生在吸附剂由单分子层吸附于特定网络连接Ç均质网站而不吸附分子之间的任何相互作用的假设。所有吸附位等于拥有自动对焦无穷的吸附和吸附达到其完整的单层形成吸附分子的上表面吸附后的最高水平。它通常用于描述均匀表面[22]的平衡吸附等温线。在对比朗缪尔，所述Freundlich模型假定吸附剂表面能是不均匀的。据推测，在更强的结合位点被占据第一个和结合强度与站点占用的增大程度减小。n的值不仅从线性度偏差的量度尽管如此告知的吸附位的异质性程度。作为斜率1/n的接近0时，所述表面位点的异质性增加[23]。的Temkin模型是用于根据正和负电荷[24]之间的强静电相互作用的化学吸附的适当模型。它考虑了一些间接的山梨酸/吸附相互作用的影响吸附等温线，并假设，用的吸附层中的所有分子的热量会线性地覆盖[25]降低。图3B-D示出的RB的三个模型平衡吸附线性拟合结果到TA-G和三个等温线的模型参数总结于表1中很明显，在Langmuir和特姆金等温线音响拟合很好与实验数据测试的浓度范围（相关系数音响cientR2分别为0.9981和0.9807，）。而Freundlich模型（R2=0.9248），也相当科幻拟合。这些结果表明，吸附过程是一致朗缪尔单层化学吸附的假设，可能有在吸附从所述的Temkin模型的过程中的静电相互作用。通过密集堆积相互作用，芳族吸附的RB被吸附在TA-G的表面上。此外，由于带负电荷的石墨烯和带正电的RB之间的石墨烯和静电相互作用的大的特殊表面面积，RB的加载上