三维石墨烯-油水分离
ScalableSeashell-BasedChemicalVaporDepositionGrowthofThree-DimensionalGrapheneFoamsforOil−WaterSeparationLiurongShi,†KeChen,†RanDu,†AlicjaBachmatiuk,‡,#MarkHermannRummeli,#,§KongweiXie,∥YouyuanHuang,∥YanfengZhang,*,†,⊥andZhongfanLiu*,††CenterforNanochemistry(CNC),BeijingScienceandEngineeringCenterforNanocarbons,BeijingNationalLaboratoryforMolecularSciences,CollegeofChemistryandMolecularEngineering,PekingUniversity,Beijing100871,P.R.China‡CentreofPolymerandCarbonMaterials,PolishAcademyofSciences,M.Curie-Sklodowskiej34,Zabrze41-819,Poland#IFWDresden,20HelmholtzStrasse,Dresden01069,Germany§SchoolofEnergy,SoochowUniversity,Suzhou215006,P.R.China∥BTRNewEnergyMaterialsInc.,Shenzhen518106,P.R.China⊥DepartmentofMaterialsScienceandEngineering,CollegeofEngineering,PekingUniversity,Beijing100871,P.R.China*SSupportingInformationABSTRACT:Aseashell-basedCVDtechniqueforpreparingthree-dimensional(3D)graphenefoamsisreported.Thegraphenesheetsinthus-obtainedfoamsareseamlesslyinterconnectedintoa3Dflexiblenetwork,forminghighlyporousmaterialswithnegligiblenon-carbonimpurities,ultralowdensity,andoutstandingmechanicalflexibilityandelectricalconductivity.These3Dgraphenefoamsdemonstrateafastadsorptionperformancetowardvariousoilsandorganicsolvents,withadsorptioncapacityupto250-foldweightgain.Thepresentapproachoffersapracticalrouteforscalableconstructionof3Dgraphenefoamsforversatileapplicationssuchasenergystorageandwaterremediation.Three-dimensional(3D)graphenefoam,acombinationoftwo-dimensional(2D)graphenebuildingblocksand3Dporousstructures,hasattractedsignificantattentioninrecentyears.1−3Suchgraphenefoamsareself-supportingmaterials,possessingthefascinatingintrinsicpropertiesofgraphenetogetherwithhighporosityandultralowdensity.Anumberofapproachessuchassol−gelprocessandtemplategrowthhavebeenreportedforfabricating3Dgraphenefoams.1−6Sol−gelprocessofgrapheneoxideusuallycreatesmaterialswithabundantstructuraldefects,chemicalimpurities,anddiscontin-uousinterconnectionsbetweenindividualgraphenesheetsarisingfromthesolutionprocess.Therefore,seriousdegrada-tionoftheintrinsicpropertiesofgraphenesuchaselectronandphonontransportsisseen.Template-assistedchemicalvapordeposition(CVD)providesaneffectivewaytosynthesize3Dgraphenefoamscomposedofseamlessinterconnectedgraphenesheetswithhighpurityandquality.1Forinstance,graphenefoamsgrownfromanickelfoamtemplatehavedemonstratedexcellentmechanicalstrengthandsuperiorelectricalconductivity.1,7,8However,intrinsicdrawbacksexistinthisapproach,includingthetime-consumingtemplateremovalprocess,unavoidablemetalresidues,andlimitedchoiceofmetalfoamsandtheirmicrostructures.Forpracticalapplications,costshouldalsobetakenintoaccount.Obviously,massproductionof3Dgraphenefoamsinthiswaywouldconsumegreatamountsofexpensivenickelmetals.Itisextremelyattractivetodeveloplow-costandeasilyremovableCVDgrowthtemplatesforindustrialfabricationof3Dgraphenefoams.Inlightofthis,weturnedourattentiontonaturalseashells,thehighlyabundantshellsofoceanicmollusks.Themainchemicalcompositionofseashellsiscalciumcarbonate.9Dependingonthesourcemollusks,seashellshaveversatilemicroscopicstructures.Furthermore,asimplechemicalcalcinationcaneasilyconvertthebiologicalcalciumcarbonateintocalciumoxidewithoutdestroyingthestructuralframework,andthenthecalciumoxidecanbereadilywashedawaywithdiluteacid.Inthiswork,wedemonstratetheCVDtemplatefunctionofseashellsforfabricating3Dgraphenefoamsforthefirsttime.Scallop,whichisproducedinmassiveamountsworldwide,wasemployedasatypicalexamplefordemonstration.10Inthisway,graphenefoamswithhighpurity,highporosity,ultralowdensity,andsuperiorbendabilityhavebeensynthesized.Moreinterestingly,bespokeshapecontrolofsuchgraphenefoamscanbeeasilyachievedthroughthelimeslakingprocessofcalciumoxide.Notably,thepresentapproachcouldalsobeextendedtootherseashells,offeringgreatopportunitiesforcontrollingthemicroscopicstructuresofgraphenefoams.Byvirtueoftheiruniquestructuresandproperties,applicationsofobtainedgraphenefoamsasbinder-freeLi-ionbatteryanodesandoiladsorbentshavebeendemonstrated.Theprocedureforfabricationof3DgraphenefoamusingscalloptemplateisshowninFigure1a.Scallop,anaturallyabundantbiomass,iscomposedofcalciumcarbonate(95vol%)andorganicbiopolymers(5vol%).11Insidethescallop,thearchitectureresemblesa3Dbrick-and-mortarwallatthemesoscalelevel11(Figure1b).However,thetightpackingofthecalciumcarbonateisnotsuitablefordirectCVDgrowthofgraphenefoamssincecarbonspeciescannoteffectivelyenterintothepores,whichisrequiredforgraphenegrowth.WhenReceived:March1,2016Published:May9,2016Communicationpubs.acs.org/JACS
©2016AmericanChemicalSociety6360DOI:10.1021/jacs.6b02262J.Am.Chem.Soc.2016,138,6360−6363heatedinair,theorganicmoleculesandCaCO3inscallopstarttodecompose,withreleasingCO2gas.Thisleadstoaninterconnectedporousstructurewithinthescallopbulkwhilekeepingthescallopframeworkunchanged(Figure1c).Atthesametime,CaCO3insidethescallopshellfullyconvertstoCaOfollowingthereactionbelow12(FigureS1):→+CaCOCaOCO32Thus-obtainedhighlyporousCaOframeworkwasthenheatedto1020°Cforgraphenegrowthunderamixed-gasatmosphere(CH4:H2:Ar=10:30:300sccm)for0.5−2h.Duringthisprocess,graphenelayersweredepositedontheCaOsurface,formingCaO@graphenestructure(Figure1d).Inthiscase,itisproposedthattheoxygenatomsonthesurfaceoftheCaOtemplatecouldexertasynergisticeffectonthegraphenesynthesis,i.e.,byenhancingtheabsorptionanddecompositionofhydrocarbonsathightemperatureandpromotingthecarbon−carboncouplingonthesubstrate.13,14Afteretchingindilutehydrochloricacid,aself-supporting3Dgraphenefoamwasobtainedbyafreeze-dryingtreatment(FigureS2).Ascanbeseenfromthescanningelectronmicroscopy(SEM)image(Figure1e),thus-formedgraphenefoamwellinheritedtheinterconnectedmicrostructureoforiginalCaOtemplate.Thequalityofas-growngraphenewassystematicallyinvestigated(FiguresS3andS4).Becausethegraphenefoamsarecurvedwithaporousstructure,itisdifficulttouseRamanmappingtoevaluatethequalityofgrapheneoveralargearea.Figure2ashowssixrandomlyselectedRamanspectrafromdifferentspatiallocationsofthegraphenefoamsgrownat1020°Cfor120min.IdenticalID/IGratio(0.86)andfwhmofthe2Dpeak(80cm−1)15confirmedtheuniformityofthefoamatmacroscopicscale.AtypicalC1sX-rayphotoelectronspectroscopy(XPS)spectrumofthus-preparedgraphenefoamcanbefittedwithtwosignalsfromgraphene,amajorsp2carbonpeakat284.4eVandaverysmallC−Hpeakat285.3eV(Figure2b),suggestingconsiderablysmallnon-carbonimpurities.16Tofurtherevaluatethecrystallinequalityofgraphenefoam,sonicationinethanolwasperformed,followedbydroppingontoacoppergridfortransmissionelectronmicroscopy(TEM)analysis.Thelow-magnificationTEMimageshowsacrumpledandelectron-transparentfeature(Figure2c).Thecorrespondingselectiveareaelectrondiffraction(SAED)pattern(insetinFigure2c)iscomposedoffoursetsofhexagonalsymmetricpatterns,indicativeofgraphenedomainswithdifferentorientations.Figure2dshowslayernumbersrangingfrom1to3layers.AsshowninFigure2e,thegraphenesheetiscomposedofdomainswithdifferentorientationshavingsinglecrystallinedomainsizesof2−10nm.17Amagnifiedimagefromasingledomainclearlyrevealsthegrapheneatomicstructurewithalatticeconstantof∼0.246nm(Figure2f).TheporousmicrostructureofCaOtemplatecalcinedfromscallopwasfoundtobeverystableinawideexperimentalwindow.Whentheheatingrateofscallopcalcinationwasvariedfrom5,to15,to25°C/min,themorphologyofCaO@grapheneremainedthesame,asshowninFigure3a,givinganaverageporesizeof∼300nmandanaveragebranchwidthof∼1μm.Similarresultswerealsoobservedwhenchangingthecalcinationtemperature(850,950,and1050°C)(Figure3b)
石墨烯气凝胶的用途
石墨烯气凝胶的用途
石墨烯气凝胶是一种由石墨烯材料制成的多孔固体材料，具有优异的力学、热学和电学性能。其应用领域广泛，例如：
1. 热障涂层：石墨烯气凝胶可以用作高温结构材料的热障涂层，因为它具有优异的隔热性能，可以在高温环境中保护结构材料。
2. 纳米复合材料：石墨烯气凝胶可以作为纳米复合材料的基础材料，使得纳米材料和基础材料之间的界面更为牢固，提高复合材料的力学性能。
3. 能量存储材料：石墨烯气凝胶可以作为电容器和锂离子电池等能量存储设备中的电极材料，因为它具有优异的电导性和大的比表面积，可以提高电极材料的储能密度。
4. 油水分离材料：石墨烯气凝胶可以用于油水分离材料的制备中，在工业和环保领域具有广阔的应用前景。
5. 气体吸附材料：石墨烯气凝胶可以作为气体吸附材料，用于气体分离、气体净化等领域。
石墨烯及其材料综述
关于石墨烯和石墨烯复合材料的综述
石墨烯是目前发现的唯一存在的二维自由态原子晶体 , 它是构筑零维富勒 烯、一维碳纳米管、三维体相石墨等 sp2 杂化碳的基本结构单元 , 具有很多奇异 的电子及机械性能。自从 2004 年发现以来，研究者对这种材料在未来技术革命 方面提出了大量的建设性创意， 石墨烯被认为是未来能够取代硅的一种新型电子 材料。石墨烯是只有一个原子厚的结晶体， 具有超薄、 超坚固和超强导电性等特 性，其优异的电学、热学和力学性能，在纳米电子器件、储能材料、光电材料等 方面的潜在应用价值引起了科学界新一轮的 “碳”热潮。
它不仅是已知材料中最薄的一种，还非常牢固坚硬，仅仅是一个原子的 厚度，并形成了高质量的晶体格栅，石墨烯的结构，是由碳原子六角结构紧 密排列构成的二维单层石墨，是构造其他维度碳质材料的基本单元。它可以 包裹形成 0 维富勒烯，也可以卷起来形成一维的碳纳米管，同样，它也可以 层层堆叠构成三维的石墨。
石墨烯结构非常稳定，迄今为止，研究者仍未发现石墨烯中有碳原子缺 失的情况。石墨烯中各碳原子之间的连接非常柔韧，当施加外部机械力时， 碳原子面就弯曲变形，从而使碳原子不必重新排列来适应外力，也就保持了 结构稳定。
这种稳定的晶格结构使碳原子具有优秀的导电性。石墨烯中的电子在轨 道中移动时，不会因晶格缺陷或引入外来原子而发生散射。由于原子间作用 力十分强，在常温下，即使周围碳原子发生挤撞，石墨烯中电子受到的干扰 也非常小。
大量制备尺寸、厚度可控的石墨烯材料对石墨烯基材料的应用具有重要的意
义。制备石墨烯可以归结为两个基本的思路： 一是以石墨为原料， 通过削弱以及 破坏石墨层间的范德华力来剥开石墨层从而得到石墨烯： 二是基于活性碳原子的 定向组装，“限制”碳原子沿平面方向生长。基于上述思想，化学剥离法、 SiC 表面石墨化法和金属表面外延法等一些新的方法相继被报道。 本人通过大量的归 纳总结，共总结出以下七种方法。
石墨烯热学性能及表征技术
石墨烯热学性能及表征技术
河南清濮智慧化工科技有限公司 河南省濮阳市 457000
摘要：碳元素（C）是自然界中普遍存在的一种重要元素，它的电子轨道杂化（sp,sp2,sp3）杂化（sp,sp2,sp3)，这就导致了以碳作为唯一元素的同素异形体材料的各种形态。零维碳单质材料是由 Kroto等于1985年找到的。在这之后，第一个一维的碳单质碳奈米管被伊吉马在1991年发现。从那时起，碳材料一直是材料科学领域的一个热门课题。安德烈·吉姆和英国曼彻斯特大学的康斯坦丁·诺沃赛罗夫于2004年用一种简单的胶布剥离技术，得到了一种以sp2为单一原子的单晶碳单质石墨。石墨烯的基本构造包括：零维富勒烯、一维碳纳米管、3D石墨等。
关键词：石墨烯；热学性能；表征技术
一、石墨烯的结构与性能
石墨是一种具有独特的碳基化合物，它是一种具有六方点阵蜂窝状的苯环的碳单质碳基，它具有很好的稳定性。在一个完美的石墨体系中，每一个碳与邻近的碳原子都会有一个稳定的 signa键，而剩下的 p型电子，会沿着与石墨烯垂直的方向，在整个石墨烯的表面上，产生一个sp2型的p-键。正因为如此，它才具有了类似于金属的性质，并且具有极好的传导能力。这种单片的石墨烯，厚度仅为1个碳，大约0.335 nm，是迄今为止最轻的一种，它拥有许多其他的碳素都没有的优异性能。石墨内部的碳分子间存在着很少的相互作用，因此在外部作用下，大面积的表面会产生相应的弯曲，从而保证了其稳定。它是当今世上最坚固的材料，甚至超过了钻石。石墨烯是世界上最薄、最坚固的物质，它具有2630平方米/克的理论比表面，同时具有非凡的热传导能力3000W/（m. K）、机械特性1060 GPa，在室温下具有高的电子移动能力。石墨烯近乎全透明，仅能接受2.3%的光线。此外，该方法还具备非局部性、量子力学和双极电场等优良性能。
二、石墨烯的制备方法 石墨烯最初的制造是通过力学剥离技术进行的，近年来，石墨烯的生产工艺得到了改进，希望可以大规模生产出层数可控、面积大、质量好、成本低的高质量石墨烯。当前，生产石墨烯的方法包括机械剥离法、外延生长法、化学气相沉积法、氧化还原法等。图3对上述制造工艺进行了综合的对比，它们的技术优势在表格1中被进行了比较，这里就不在这里详细说明了。
石墨烯薄膜 油水分离 特点
石墨烯薄膜 油水分离 特点
石墨烯薄膜是一种由单层石墨烯构成的薄膜材料。石墨烯是由碳原子构成的二维晶体结构，具有很多独特的特性，使得石墨烯薄膜在油水分离领域具有广泛的应用前景。
石墨烯薄膜具有超高的表面积。由于其单层结构，石墨烯薄膜具有极高的比表面积，达到2630 m²/g，远远高于传统材料如活性炭和硅胶。这使得石墨烯薄膜能够更好地吸附油类物质，提高油水分离的效率。
石墨烯薄膜具有优异的亲油性。石墨烯材料本身具有疏水性，但在特定处理条件下，可以通过表面修饰使其具有亲油性。这种亲油性使得石墨烯薄膜能够快速吸附油类物质，同时排斥水分子，实现高效的油水分离。
石墨烯薄膜具有高度的化学稳定性和热稳定性。石墨烯材料由碳原子构成，具有较高的化学稳定性，能够在酸碱等恶劣环境下保持稳定。同时，石墨烯薄膜的热稳定性也很高，能够在高温环境下工作，不易发生热分解或氧化。
石墨烯薄膜还具有良好的机械性能。石墨烯材料具有极高的强度和韧性，可以在不易变形或破裂的情况下承受较大的应力。这使得石墨烯薄膜能够在高压力环境下使用，不易发生破损或泄漏。
石墨烯薄膜在油水分离中的应用具有以下特点：
1. 高效：石墨烯薄膜具有超高的比表面积和优异的亲油性，能够快速吸附油类物质，实现高效的油水分离。
2. 稳定：石墨烯薄膜具有高度的化学稳定性和热稳定性，能够在恶劣环境下长期稳定运行。
3. 可再生：石墨烯薄膜可以通过表面修饰等方式实现油类物质的去除和回收，具有良好的可再生性。
4. 环保：石墨烯薄膜在油水分离过程中不需要添加任何化学药剂，避免了对环境的污染。
5. 经济：石墨烯薄膜的制备成本相对较低，且可以多次使用，具有较高的经济性。
石墨烯薄膜在油水分离中的应用具有广泛的前景。它可以应用于海洋环境中的油污染治理、工业废水处理、石油开采中的油水分离等领域。与传统的油水分离技术相比，石墨烯薄膜具有更高的分离效率、更低的能耗和更好的稳定性，具有重要的应用价值。
石墨烯纳米复合材料的制备及其应用研究
石墨烯纳米复合材料的制备及其应用研究
摘要：石墨烯是一种新兴的二维碳纳米材料，具有完美的晶体结构和出色的物理和化学性能。石墨烯独特的电、热、光学和机械性能，在电子、导热材料、气体传感器、光敏元件和环境科学中具有广泛的潜在应用。由于其潜在的实际应用价值。本文概述了石墨烯制备的方法，介绍了石墨烯电极材料、环境吸附材料领域的应用。并进一步对石墨烯及其纳米复合材料的发展前景做出了分析。
关键词：石墨烯 ；纳米复合材料 ；制备
石墨烯是纳米复合材料研究中相对重要的材料。纳米石墨烯复合材料具有更高的制备要求。目的是生产可用于生物、机械和其他生产领域的高质量、高性能材料，发挥纳米石墨烯复合材料的适用性。目前，就石墨烯复合材料的制备而言，纳米复合材料的制备是主要的发展趋势。在当今的各个领域，纳米石墨烯复合材料具有非常明显的优势，并具有良好的发展前景。因此，纳米石墨烯复合材料的制备和应用也受到越来越多的关注。
一、石墨烯复合材料的制备
（一）熔融共混法制备
通过熔融共混法制备纳米石墨烯复合材料，实际上是借助高温和高剪切力，将石墨烯或氧化石墨烯分散在聚合物基质中。由于在使用该方法的纳米石墨烯复合材料的制造过程中不需要溶剂，因此非常适用于极性和非极性聚合物。研究表明，在以单层或多层形式均匀分布的PET（石墨烯）基质中，基质中可能会出现卷曲和皱褶。以栅格的形式，大大提高了复合材料的导电性。当PET基体的石墨烯含量达到3vol%时，复合材料的最大电导率可以达到2.11S/m，这与目前电磁屏蔽领域对石墨烯复合材料的需求一致。通过这种制造方法，一些专家和学者已经制成了高导电复合材料，例如分离的石墨烯-多壁纳米管/超高分子量聚乙烯，它们的导电率非常高，并且其导电渗透率低，仅为0.039vot%[1]。
（二）溶液混合法制备
通过溶液混合法制备纳米石墨烯复合材料,实际上是指在溶剂的作用下,将聚合物分子插入GO片材后，通过还原制备纳米石墨烯复合材料。在制造过程中，一种常用的方法是通过超声技术将GO分散在水或有机溶剂中，然后添加聚合物并通过聚集或挥发除去溶剂。由于GO表面存在含氧官能团，因此GO可以更好地分散在有机溶剂中，并且可以更好地与聚合物界面相互作用。在相关研究过程中，一些专家以N-二甲基酰胺为溶剂制备了FGON（功能性氧化石墨烯纳米片）/CE（氰酸酯）复合材料，并将FGON插入CE基质中。为了实现界面之间的有效粘合，这种纳米复合材料具有非常好的耐摩擦性和很强的机械性能。同时，一些学者将FGON和PMMA添加到THF溶液中，经过超声分散和真空干燥后获得FGONs/PMMA纳米复合材料。而且，一些学者已经使用THF和氯仿作为溶剂来制备石墨烯/环氧纳米复合材料。研究表明，氯仿对促进石墨烯在环氧树脂中的分散具有更好的作用，因此以这种方式制备的石墨烯纳米复合材料的泄漏阈值也较低。在该制造方法的研究过程中，一些学者正在使用该方法制造FGON /硅树脂纳米复合材料，当FGON的含量达到0.5wt%时，大大改善了该纳米复合产品的拉伸性能、导热性和热稳定性。
紧跟研究热点，一大波顶刊g-C3N4光催化优质工作来袭
紧跟研究热点，一大波顶刊g-C3N4光催化优质工作来袭
在众多光催化剂中，具有独特结构的石墨相氮化碳g-C3N4由于其良好的光催化性能，成为了目前研究的热点。相比于其他的光催化剂，它的优点十分突出：能够吸收可见光、热稳定性和化学稳定性良好，并且无毒、来源丰富、制备成型工艺也简单。
我们特地为大家整理了24篇g-C3N4光催化优质工作，点击小标题可以直接跳转资讯详情。
1. 碳点/氮化碳实现析氢-降解双同步
Adv.Funct. Mater.-清华大学李景虹教授和刘会娟教授
通过超声空蚀效应设计了均匀“局部加热”方法，用以在2D
C3N4纳米片中嵌入高度结晶的碳量子点（CQD）。基于密度泛函理论计算和电化学测试，研究人员发现在C3N4中引入CQDs不仅可以拓展光吸收谱区段，而且还可以减小电子的有效质量（e-），从而降低与空穴复合的几率，促进光生载流子转移。此外，高度有序的CQDs具有优异的过氧化物酶模拟活性，能够逐步通过以下过程提高催化产氢效率：（i）2H2O → H2O2 + H2；（ii）H2O2 → 2·OH；（iii）·OH
+ 双酚A → 最终产物，其产氢率可达152 μmol g-1h-1，为纯C3N4的数倍之高。
2. 石墨炔助力g-C3N4提高其空穴迁移率
Adv. Energy Mater.-天津理工大学卢秀利和鲁统部
首次报道了一种简单的超薄二维g-C3N4/graphdiyne——石墨炔（GDY）异质结构建方法，通过在N-甲基吡咯烷酮（NMP）溶液中发生溶剂热反应，成功将2D g-C3N4负载在2D GDY的3D纳米片阵列上，并将其用作光电阴极，成功提高了g-C3N4的空穴传输速率。合成的g-C3N4/GDY异质结为光生空穴提供了丰富的传输通道，由于GDY具备较高的空穴迁移率，从g-C3N4注入到GDY中的光生空穴在其内部快速转移，从而在0.1 M Na2SO4溶液中0 V vs. NHE偏压下，具有-98 μA cm-2的优异光电流，比单纯的 g-C3N4光电阴极（相同条件下，-32 μA cm-2）高出三倍。 3. g-C3N4发展的一小步，可持续发展战略的一大步？
乳液法制备石墨烯气凝胶及其吸附水中亚甲基蓝
CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS 2018年第37卷第8期 ·3092· 化 工 进 展
乳液法制备石墨烯气凝胶及其吸附水中亚甲基蓝
黄扬帆，刘会娥，马雁冰，王玉斌，陈爽
（中国石油大学（华东）重质油国家重点实验室，山东 青岛 266580）
摘要：利用乳液法制备多孔石墨烯气凝胶（emGA），改变乳液油水比制备不同的emGA。扫描电子显微镜（SEM）、
傅里叶红外光谱（FTIR）、氮气吸附脱附等表征显示，emGA具有多孔结构，经水热还原后含氧官能团大部分被
除去，比表面积为103.3～243.1m2/g。以亚甲基蓝（MB）浓度和温度作为变量，考察emGA对水中MB的吸附
效果。结果表明，emGA的比表面积越大，其对MB平衡吸附量越大；当初始浓度越大，温度越高，则吸附有利。
吸附动力学数据表明emGA吸附MB符合准二级动力学模型和内扩散模型，吸附过程分为大孔扩散和微孔扩散。
吸附等温线数据拟合结果符合Langmuir模型，表明emGA对MB的吸附属于单分子层吸附。Langmuir模型计算
出emGA-2饱和吸附量为307.7mg/g，与实验值291.3mg/g较为接近。分析热力学参数发现，emGA吸附MB为
自发吸热过程，且吸附过程属于物理吸附。
关键词：石墨烯气凝胶；动力学；热力学；吸附；亚甲基蓝
中图分类号：O647.3 文献标志码：A 文章编号：1000–6613（2018）08–3092–08
DOI：10.16085/j.issn.1000-6613.2017-1835
Fabrication of graphene aerogels by emulsion method and their
adsorption of methylene blue
HUANG Yangfan, LIU Huie, MA Yanbing, WANG Yubin, CHEN Shuang
石墨烯悬浮实验报告
一、实验背景
石墨烯作为一种由碳原子构成的单层片状结构新材料，因其独特的物理和化学性质，在能源转换和存储领域具有广泛的应用前景。然而，石墨烯的制备和表征一直面临着诸多挑战。本实验旨在通过悬浮技术制备出高质量的石墨烯，并对其进行表征，以期为石墨烯的研究和应用提供参考。
二、实验材料与设备
1. 实验材料：
- 石墨烯粉末
- 水性电解质
- 乙醇
- 离子液体
- 磁力搅拌器
- 悬浮装置
- 扫描电子显微镜（SEM）
- 透射电子显微镜（TEM）
- 紫外可见分光光度计
2. 实验设备：
- 磁力搅拌器
- 悬浮装置
- 扫描电子显微镜（SEM）
- 透射电子显微镜（TEM）
- 紫外可见分光光度计
三、实验步骤
1. 石墨烯悬浮液的制备： （1）将石墨烯粉末加入适量乙醇中，搅拌均匀；
（2）将搅拌均匀的石墨烯乙醇溶液转移至烧杯中，加入适量的水性电解质，继续搅拌；
（3）将烧杯置于磁力搅拌器上，以300 r/min的转速搅拌2小时；
（4）用离心机将搅拌好的悬浮液离心分离，收集上清液；
（5）将上清液转移至离子液体中，继续搅拌1小时；
（6）重复步骤（4）和（5）两次，以去除石墨烯表面的杂质。
2. 石墨烯悬浮液的表征：
（1）利用SEM观察石墨烯的形貌和尺寸；
（2）利用TEM观察石墨烯的微观结构；
（3）利用紫外可见分光光度计测定石墨烯的浓度。
四、实验结果与分析
1. SEM观察结果显示，石墨烯悬浮液中的石墨烯片层分布均匀，尺寸大小在1-5
μm之间。
2. TEM观察结果显示，石墨烯片层呈六角蜂窝状，厚度约为0.3-0.5 nm。
3. 紫外可见分光光度计测定结果显示，石墨烯悬浮液的浓度为1.0 mg/mL。
五、结论
本实验通过悬浮技术成功制备了高质量的石墨烯悬浮液，并对其进行了表征。结果表明，石墨烯悬浮液中的石墨烯片层分布均匀，尺寸大小适中，具有良好的分散性。该实验为石墨烯的研究和应用提供了基础数据，有助于推动石墨烯在能源领域的应用。
石墨烯
石墨烯
石墨烯
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石墨烯 （二维碳材料） 编辑本词条由“科普中国”百科科学词条编写与应用工作项目 审核 。石墨烯（Graphene）是一种由碳原子以sp2杂化方式形成的蜂窝状平面薄膜，是一种只有一个原子层厚度的准二维材料，所以又叫做单原子层石墨。英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫，用微机械剥离法成功从石墨中分离出石墨烯，因此共同获得2010年诺贝尔物理学奖。石墨烯常见的粉体生产的方法为机械剥离法、氧化还原法、SiC外延生长法，薄膜生产方法为化学气相沉积法（CVD）。[1] 由于其十分良好的强度、柔韧、导电、导热、光学特性，在物理学、材料学、电子信息、计算机、航空航天等领域都得到了长足的发展。作为目前发现的最薄、强度最大、导电导热性能最强的一种新型纳米材料，石墨烯被称为“黑金”，是“新材料之王”，科学家甚至预言石墨烯将“彻底改变21世纪”。极有可能掀起一场席卷全球的颠覆性新技术新产业革命。中文名 石墨烯
外文名 Graphene 发现时间 2004年 主要制备方法 机械剥离法、气相沉积法、氧化还原法、SiC外延法 主要分类 单层、双层、少层、多层（厚层） 基本特性 强度柔韧性、导热导电、光学性质 应用领域 物理、材料、电子信息、计算机等目录1 研究历史2 理化性质? 物理性质? 化学性质3
制备方法? 粉体生产方法? 薄膜生产方法4 主要分类? 单层石墨烯? 双层石墨烯? 少层石墨烯? 多层石墨烯5 主要应用? 基础研究? 晶体管? 柔性显示屏? 新能源电池? 航空航天? 感光元件? 复合材料6 发展前景? 中国? 美国?
欧洲? 韩国? 西班牙? 日本
研究历史编辑实际上石墨烯本来就存在于自然界，只是难以剥离出单层结构。石墨烯一层层叠起来就是石墨，厚1毫米的石墨大约包含300万层石墨烯。铅笔在纸上轻轻划过，留下的痕迹就可能是几层甚至仅仅一层石墨烯。2004年，英国曼彻斯特大学的两位科学家安德烈·盖姆（Andre Geim）和克斯特亚·诺沃消洛夫（Konstantin Novoselov）发现他们能用一种非常简单的方法得到越来越薄的石墨薄片。他们从高定向热解石墨中剥离出石墨片，然后将薄片的两面粘在一种特殊的胶带上，撕开胶带，就能把石墨片一分为二。不断地这样操作，于是薄片越来越薄，最后，他们得到了仅由一层碳原子构成的薄片，这就是石墨烯。这以后，制备石墨烯的新方法层出不穷，经过5年的发展，人们发现，将石墨烯带入工业化生产的领域已为时不远了。因此，在随后三年内，安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫在单层和双层石墨烯体系中分别发现了整数量子霍尔效应及常温条件下的量子霍尔效应，他们也因此获得2010年度诺贝尔物理学奖。在发现石墨烯以前，大多数物理学家认为，热力学涨落不允许任何二维晶体在有限温度下存在。所以，它的发现立即震撼了凝聚体物理学学术界。虽然理论和实验界都认为完美的二维结构无法在非绝对零度稳定存在，但是单层石墨烯在实验中被制备出来。[2]
水处理环境工程中膜分离技术的应用
水处理环境工程中膜分离技术的应用
摘要：就目前的环境工程来看，应用在其水处理工作中的膜分离技术主要包括微滤技术、超滤技术、纳滤技术、反渗透技术、渗透汽化技术、液膜分离技术以及集成膜技术等。而在含有污水的处理中，最常用的一项膜分离技术就是有机金属超滤膜处理技术，此种超滤膜是将有机金属材料作为基础开发出的微孔膜结构，其膜孔分布比较集中，孔径在5 nm左右，孔隙率可达到传统高分子膜孔隙率的3~4倍，膜通量较高。相比较传统的高分子膜而言，有机金属膜的亲水疏油特点更加显著。因此，在现代环境工程中，有机金属膜分离技术已经在含油污水处理中得到了广泛应用。
关键词：水处理；膜分离技术；应用
中图分类号：TM621文献标识码：A
引言
随着国民经济的发展，国内越来越重视水污染问题，人们对城镇水生态环境质量要求也日益提高，随着各种政策的出台，各地也采取了一系列科学的治理措施。“十四五”规划明确指出，“十四五”期间需以建设高质量城镇污水处理体系为目标，有效改善城镇水生态环境质量，提高城镇污水处理率及再生水利用率；而城镇污水处理设施作为城镇排水系统的终端设施，是保障水环境质量、水生态健康的重要基础。
1 膜分离技术的基本原理
膜分离介质是一种选择性渗透膜。当膜的两侧存在一定的压差、浓度差或电势差时，可以使水或其他溶质通过，从而实现物质分离。被分离的物质将选择性地通过膜以实现分离、纯化和浓缩的目标。膜分离技术的渗透机理大致可分为三类：一类是基于压力的，如超滤和纳滤；另一种方法是使用电位差驱动的多组分溶液中溶质和溶剂的分离和纯化；另一种方法是利用浓度差异，例如肾透析膜。更常见的是压力驱动。微滤（MF）通过压差驱动流体通过膜的孔隙，较大的颗粒被截留在膜表面，而较小的颗粒通过膜孔隙，导致两侧物质分离。传质机制是根据流体中物质的颗粒大小对膜进行筛选，以分离不同大小的颗粒。该技术主要用于悬浮固体捕获、液体净化、杀菌等。具有工作压力低、流体相容性好的优点。在取水工程中，它可以取代处理过滤、二沉池等，并经常用作其他分离工艺的预处理工艺。