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氧化石墨泡沫材料的制备及其对气体的吸附性能研究

作　者: 徐方强
导　师: 高建平
学　校: 天津大学
专　业: 应用化学
关键词: 氧化石墨泡沫材料吸附气体
分类号: TB383.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

随着经济的发展,工业生产排放大量的废气,而室内装修也容易产生一些挥发性气体。因此,工业上及人们的日常生活中经常采用吸附剂来对这些气体进行吸附并处理。氧化石墨材料是一种成本低廉的新型纳米级碳材料,本文采用氧化石墨作为吸附用的基础材料。本实验创新性地采用定向冷冻干燥技术将氧化石墨制备成多孔泡沫材料,并通过将氧化石墨进行热还原制备出还原氧化石墨多孔泡沫材料,还制备了含有金属纳米粒子的泡沫材料,这还没有在文献中报道。且本实验利用傅里叶红外光谱（FT-IR）、热重分析（TGA）、差热分析（DSC）和X射线光电子能谱（XPS）对这两种材料进行了成分分析,并用扫描电镜分析（SEM）、透射电镜分析（TEM）对这种新型的泡沫材料进行了形态表征。本实验对这两种泡沫材料对几种气体的吸附性能进行了研究。另外,本实验还利用氧化石墨泡沫材料制备了氧化石墨-环氧树脂复合材料,并对其抗压力学性能进行了研究。氧化石墨泡沫材料在经过热还原后,材料中的氧含量降低,且气体吸附实验的结果表明氧化石墨泡沫材料对丙酮的吸附容量要大于还原氧化石墨泡沫材料的吸附容量并且超过100%,而这两种材料的吸附能力要远远好于碳纳米管等碳材料的吸附能力。然而,对于二氧化硫（SO₂）、二氧化碳（CO₂）和氨气（NH₃）来说,还原氧化石墨泡沫材料的吸附容量要大于氧化石墨材料的吸附容量。本实验还利用新型制备纳米粒子的方法制备了银/氧化石墨和金/氧化石墨多孔复合材料,这种材料在气体吸收处理领域有很大的应用潜力。添加定向多孔氧化石墨泡沫材料的环氧树脂复合材料的抗压力学性能结果表明:添加的氧化石墨泡沫材料质量分数低于2.0%时,泡沫材料的含量越低,复合材料的纵向抗压性能越好。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-7
第一章绪论  7-20
  1.1 碳材料  7-14
    1.1.1 石墨和金刚石  7
    1.1.2 活性炭和竹炭  7-9
    1.1.3 碳纤维  9-10
    1.1.4 碳纳米管  10-11
    1.1.5 石墨烯及氧化石墨  11-14
  1.2 泡沫材料及制备方法  14-16
    1.2.1 无纺织物/纤维粘接法  15
    1.2.2 溶剂浇铸/粒子沥滤  15
    1.2.3 气体发泡法  15-16
    1.2.4 相分离/冷冻干燥  16
  1.3 气体吸附  16-17
  1.4 复合材料  17-20
    1.4.1 催化复合材料  17-18
    1.4.2 增强复合材料  18-20
第二章氧化石墨泡沫材料的制备及性能研究  20-42
  2.1 实验部分  20-24
    2.1.1 原料、药品、仪器及设备  20-21
      2.1.1.1 试剂与原料  20
      2.1.1.2 仪器与设备  20-21
    2.1.2 氧化石墨泡沫材料的制备  21-22
      2.1.2.1 氧化石墨的制备  21
      2.1.2.2 氧化石墨溶液的配制  21
      2.1.2.3 GO定向多孔泡沫材料的制备  21
      2.1.2.4 GO非定向多孔泡沫材料的制备  21-22
      2.1.2.5 RGO泡沫材料的制备  22
      2.1.2.6 Ag/GO泡沫材料的制备  22
      2.1.2.7 Au/GO复合材料的制备  22
    2.1.3 泡沫材料的结构表征和成分分析  22-23
      2.1.3.1 泡沫材料的扫描电镜(SEM)分析  22
      2.1.3.2 氧化石墨和还原氧化石墨泡沫材料的红外光谱分析  22-23
      2.1.3.3 氧化石墨和还原氧化石墨泡沫材料的热重和差热分析  23
      2.1.3.4 氧化石墨和还原氧化石墨泡沫材料的X射线光电子能谱(XPS)分析  23
      2.1.3.5 银/氧化石墨和金/氧化石墨复合材料的透射电镜(TEM)分析  23
    2.1.4 氧化石墨泡沫材料的性能测试  23-24
      2.1.4.1 孔隙率分析  23-24
      2.1.4.2 氧化石墨和还原氧化石墨泡沫材料对多种气体的吸附性能测试  24
  2.2 结果与讨论  24-42
    2.2.1 GO定向多孔泡沫材料的扫描电镜分析  24-29
    2.2.2 GO定向多孔泡沫材料的孔隙率分析  29-30
    2.2.3 GO定向多孔泡沫材料的热重和差热分析  30-31
    2.2.4 GO和RGO定向多孔材料的组成分析  31-33
      2.2.4.1 红外光谱分析  31-32
      2.2.4.2 XPS元素分析  32-33
    2.2.5 GO和RGO定向多孔材料对气体的吸附性能分析  33-38
      2.2.5.1 GO和RGO定向多孔泡沫对丙酮气体的吸附性能分析  34-35
      2.2.5.2 不同种类碳材料对丙酮气体的吸附性能分析  35-36
      2.2.5.3 GO和RGO泡沫材料对不同气体的吸附性能分析  36-38
    2.2.6 银/氧化石墨和金/氧化石墨复合泡沫材料的制备和研究  38-42
      2.2.6.1 银/氧化石墨泡沫材料的制备和表征  38-40
      2.2.6.2 金/氧化石墨泡沫材料的制备和表征  40-42
第三章氧化石墨/环氧树脂复合材料的制备及性能研究  42-47
  3.1 氧化石墨/环氧树脂复合材料  42
  3.2 氧化石墨/环氧树脂复合材料的制备  42
    3.2.1 环氧树脂的配制  42
    3.2.2 复合材料的制备  42
  3.3 氧化石墨/环氧树脂复合材料的表征和力学性能测试  42-47
    3.3.1 复合材料的表征  42-44
    3.3.2 复合材料的力学性能测试  44-47
第四章结论  47-48
参考文献  48-54
发表论文和参加科研情况说明  54-55
致谢  55

氧化石墨泡沫材料的制备及其对气体的吸附性能研究

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