摘要:石墨烯是一种蜂窝状平面薄膜，它可由碳原子以sp2杂化方式形成。石墨烯也具有良好的致密度以至于那些较小的气体分子也无法穿透石墨烯。另外一方面，石墨烯只吸收2.3%的光，所以一般情况下石墨烯几乎是完全透明的。本课题将讨论石墨烯对铬离子的吸附。

本文通过改良的Hummers方法来制备氧化石墨烯，再通过水合肼还原的方法还原氧化石墨烯从而制得石墨烯。另外，通过傅立叶红外光谱仪、X射线衍射仪和扫描电子显微镜等仪器来对产物是否为石墨烯进行表征。发现氧化石墨烯在9°左右出现衍射峰，说明石墨片层之间的化学键遭到破坏，还原成石墨烯时衍射峰重新回到26°，但是衍射强度变小，说明石墨片层之间的距离变大。同时我们对石墨烯进行铬离子吸附性能测试，发现石墨烯对铬的吸附性能特别好，而且其吸附剂所需量少，吸附时间快。研究表明，石墨烯吸附机理符合准二级动力方程，说明石墨烯的吸附结合位点是有限的，长时间反应会产生吸附饱和现象。

关键词：石墨烯；铬离子；吸附；Hummers方法

Abstract:Graphene is a thin film of honeycomb, it can be formed by way of carbon atoms with sp2 hybridization.Graphene also has good density so that those small gas molecules could not penetrate the graphene., on the other hand, graphene absorbs 2.3% of the light, so in general the graphene is almost completely transparent.This topic will discuss the graphene adsorption of chromium ion.

Based on the modified Hummers method for the preparation of graphene oxide, again by hydrazine hydrate reduction method of reduction oxidation of graphene and graphene.In addition, through Fourier transform infrared spectrometer, X-ray diffractometer and scanning electron microscope and other instruments to whether product for characterizing the graphene.Found that graphene oxide at around 9 ° diffraction peak, that chemical bonds between the flake graphite layers is destroyed, reduction of graphene back 26 ° diffraction peak, diffraction intensity decreases, however, that the distance between the graphite layers.At the same time we tested chromium ion adsorption performance of graphene, found that graphene on adsorption properties of chromium especially good, required quantity is little, and the adsorbent adsorption time is fast.Studies have shown that graphene adsorption mechanism conforms to the standard level 2 dynamic equation, show that graphene adsorption binding sites is limited, so for a long time reaction generates adsorption saturation phenomenon.

Keywords: Graphene; chromium ions; adsorption; Hummers method

目录

第一章 绪论-1

1.1 重金属简介及其危害1

1.2 铬污染的形势与状况2

1.2.1 铬的来源2

1.2.2 铬对人体的危害-2

1.2.3 铬的污染现状3

1.3 铬污染的治理方法-4

1.3.1 物理法4

1.3.2 化学法4

1.3.3 离子交换法-5

1.3.4 电化学法-5

1.3.5 生物法5

1.4 重金属水污染治理方法-5

1.4.1 生物工程法-6

1.4.2 石灰中和法-6

1.4.3 化学法6

1.4.4 物理化学法-6

1.4.5 硫化沉淀法-6

1.4.6 生物制剂法-7

1.5 石墨烯- 7

1.5.1 石墨烯发现的经过-7

1.5.2 石墨烯的结构8

1.5.3 石墨烯的特性8

1.5.4 石墨烯的应用8

1.6 选题原因和主要内容10

第二章 实验器材及吸附方法-11

2.1 实验材料-11

2.2 实验设备-12

2.3 实验工艺设计13

 2.3.1 石墨烯制备流程-13

 2.3.2 氧化石墨烯制备流程-14

 2.3.3 吸附动力学实验-14

第三章 实验结果-16

3.1 石墨烯与氧化石墨烯的表征16

 3.1.1 扫描电子显微镜表征-16

 3.1.2 XRD表征17

 3.1.3 Raman光谱表征19

 3.1.4 FTIR表征21

3.2 石墨烯动力学实验23

 3.2.1 铬离子标准浓度曲线-23

 3.2.2 动力学结果分析-25

 3.2.3 吸附机理研究27

结论-28

致谢-29

参考文献-30

第一章 绪论

1.1重金属简介及其危害

重金属原来是表示金属中比重大于5的（通常情况下是密度比4.5克每立方厘米大）的金属，包含金，银，铜等，当人体中的重金属的数量累积到某一程度，就会使人慢慢中毒。对于重金属的确切定义，其实到目前为止还没有什么严格的说明和下定义，重金属在环境污染这一方面所指的主要是汞，铅，镉等生物毒性较大且较为明显的重金属的元素。另外，原子序数是23到92号的元素共有60种是天然金属元素，除去其中6种金属元素，剩余的54种金属都有大于4.5克每立方厘米的密度，所以从相对密度的角度上来考虑，这54种金属都可以规划为重金属。然而，从元素分类的角度去研究时，其中一些是稀土元素，有一些可归为难熔金属。另外，在工业上有10种金属元素被真正划为重金属，分别为：铜，锌，铅，镍，锡，锑，钴，镉，汞还有铋。这些重金属元素除了密度大于五还有存在金属共性之外，不会存在其他特殊的共性。重金属降解起来比较困难，而且传播途径较广，对人的伤害也大。就比如说，由于重金属能和酶等发生化学作用，使其失去活性，进而导致人体机能的破坏，更严重的是重金属极具毒性如果长期在人体中的某些器官内积累，会导致慢性中毒。

重金属危害很大，而且存在面特别广。重金属的累积会对人的身体造成极大的危害。对于食物中毒来说，分急性和非急性，急性期会有恶心、腹痛、呕吐、低血糖、抽搐等等。亚急性期会出现周边神经炎等。当人吸入中毒时，会产生咳嗽、胸痛、呼吸困难、肺水肿等现象。甚至如果氢化砷中毒，会引发腹痛、大量溶血的典型症状。然后，我们再来对重金属对人体的危害进行细分：铬：造成精神异常和四肢麻木。汞：人误食后会直接到肝脏，会破坏大脑视力神经。如若食用水中含有微量的汞，长期食用会使人中毒。铅：其毒性对于重金属污染来说是较大的一种，如果进入人体将很难有办法排除出去。铅会对人的脑细胞造成直接伤害，尤其是对婴幼儿的神经板有极大破坏，可能会造成严重的后果，比如先天智力低下，大脑沟回浅。对于老年人来说极易造成脑死亡、老年痴呆等。镉：会破坏骨骼，严重的将引起肾功能失调。镉中毒还会导致高血压，严重得将会引起心脑血管疾病。钴：对皮肤有造成放射性损伤。锑：当与砷相遇时，会产生化学反应，能够使银手饰变成砖红色，还会对皮肤造成放射性损伤。钒：会使人的心、肺受到很大创伤，严重时会导致胆固醇代谢异常。铊：中毒时会使人得多发性神经炎。锡：是古代剧毒‘鸩’中的重要成分，与铅的毒性在某种程度下相差不大，锡入腹后凝固成块，导致人的死亡。锰：摄入含量过大时，将使人甲状腺机能亢进。锌：人服用过量时会得锌热病。以上重金属任何一种都会引起人的头晕、头痛、失眠、健忘、关节疼痛、神经错乱、癌症（如胃癌、肠癌、肝癌、膀胱癌、及畸形儿和乌脚病）等；重金属的污染充斥我们的生活，所以我们在平时应当特别注重我们的饮食，不然一旦摄入重金属，当沉积到一定量时，会给身体带来很大的伤害。

1.2 铬污染的形势与状况

1.2.1 铬的来源

铬是过渡性金属元素的一种，以各种价态存在于自然环境之中。在环境中常见的铬通常为正三价或者正六价的，但是铬还有零价和正一价这两种价态的形式。在日常生活中，人们需要适量摄入三价的铬离子，但是其他价态的铬离子并不能接受，因为只有三价的可以被人们或者动物所摄入，微量三价铬离子的摄入对生物体无害，具体地说就是三价铬离子在人体内会参与人体的新陈代谢，而且在人体内较为稳定。