摘要: 三维石墨烯可以看作是由石墨烯单片层堆叠而成的，它不但保留了石墨烯优良的物理化学性质，其三维的结构还赋予了石墨烯许多独特的性能，如比表面积大、孔道结构多等，使得石墨烯在物质传输、催化剂负载等方面具备更多的优势。 本论文中，主要采用... 展开 三维石墨烯可以看作是由石墨烯单片层堆叠而成的，它不但保留了石墨烯优良的物理化学性质，其三维的结构还赋予了石墨烯许多独特的性能，如比表面积大、孔道结构多等，使得石墨烯在物质传输、催化剂负载等方面具备更多的优势。 本论文中，主要采用了简单的方法制备了三维石墨烯及其复合材料，并对材料的性能进行了表征，同时也对材料的吸附和降解能力进行了考察。主要内容如下: 1、三维石墨烯的制备与表征:通过改进的Hummers方法出氧化石墨烯，用抗坏血酸还原得到三维石墨烯，通过扫描电镜、X射线衍射、N2吸附-脱附等手段对其进行表征。证明得到的三维石墨烯是多孔性的结构，表面的含氧官能团大部分被去除，比表面积为211.5 m2/g，孔径为4.309 nm。 2、三维石墨烯对染料吸附及电吸附行为的研究:三维石墨烯等温电吸附三种染料的行为与Freundlich模型相符。在动力学实验中，三维石墨烯吸附和电吸附三种染料的行为都符合伪二级动力学模型。对负电染料酸性红88和金橙Ⅱ来说，随着电压的升高，三维石墨烯对这两种染料的吸附速率也随之升高，对正电染料亚甲基蓝也有类似的结果。对于已经吸附到三维石墨烯上的染料，在施加相同电性的电压后，染料并未从三维石墨烯表面解吸下来，可能是因为所施加的电压产生的静电斥力并没有达到克服三维石墨烯与染料分子之间的π-π键和范德华力等作用力的程度。 3、密度泛函理论修正模型(DFT-D)结果表明:染料吸附到三维石墨烯表面上不但对染料分子的结构产生影响，石墨烯片层也会发生不同程度的弯曲变形。三维石墨烯在吸附染料分子后偶极矩发生了不同程度的变化，吸附染料后产生的极化性能够影响电子转移和导电的性能。 4、三维石墨烯/二氧化锰复合材料的制备与表征:利用原位沉积的方法合成三维石墨烯/二氧化锰复合材料，并对其进行表征。结果表明二氧化锰以纳米结构成功的负载在三维石墨烯表面。 5、三维石墨烯/二氧化锰复合材料对四环素去除行为的研究:通过比较试验发现，复合材料对四环素的去除效果最好，因为三维石墨烯的存在解决了二氧化锰分散性的问题，且石墨烯具有较高的电子传导能力。复合材料对四环素的去除行为符合延迟速率模型，主要是由于反应产生的Mn2+以及四环素与Mn的复合物吸附在三维石墨烯/二氧化锰复合材料表面上，从而降低了复合材料表面的反应活性位点。四环素初始浓度越大，反应速率就越快，且该反应是吸热反应，因此相对高的温度有利于四环素的高效去除;pH值越高，复合材料与四环素之间的静电斥力越大，降低了四环素的去除效果;随着Mn2+和Na+的浓度增加对四环素去除的抑制作用越明显，Mn2+对反应产生的抑制作用的浓度很低，主要是因为Mn2+能够特异性的吸附到二氧化锰表面上，占据了活性反应位点，而Na+主要是因为占据了Mn4+的空缺位点，但是并没有与Mn4+发生反应。 收起