1. 研究目的与意义
石墨烯是从石墨材料中剥离出来、由碳原子组成的只有一层原子厚度的二维晶体。石墨烯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。在实验室准备用氧化法合成石墨烯，并且用铜离子作为吸附质。以铜离子为例是重金属离子，研究对其吸附效果和对于吸附效果的影响因素，同时对吸附过程进行等温式和动力学拟合，初步分析了吸附机理。
2. 国内外研究现状分析
现在对石墨烯的研究方向有很多的，这次的研究目的是由于石墨烯特殊的石墨表面和高比表面积，石墨烯可以作为性能良好的吸附剂。一般石墨烯的制备方法为机械剥离法、氧化还原法、SiC外延生长法和化学气相沉积法（CVD）。氧化还原法是通过将石墨氧化，增大石墨层之间的间距，再通过物理方法将其分离，最后通过化学法还原，得到石墨烯的方法。这种方法操作简单，产量高，但是产品质量较低。由于石墨烯特殊的石墨表面和高比表面积，石墨烯可以作为性能良好的吸附剂。
对于铜离子的吸收主要的研究有腐殖酸类、腐殖质的来吸附重金属（铜离子）。从三种供试材料:草炭、褐煤和风化煤中提取腐殖酸,采用NH4OAc和EDTA两种解吸剂,研究三种来源腐殖酸对Cu2 的吸附能力和吸附机制。研究结果表明:三种来源腐殖酸对Cu2 的吸附在吸附量上没有明显差异,但吸附机制却并不完全相同。三种来源腐殖酸对Cu2 的吸附均主要通过离子交换和络合(或螯合)作用,其中,草炭和褐煤提取的腐殖酸的离子交换作用显著大于风化煤提取的腐殖酸,而风化煤提取的腐殖酸的络合(或螯合)作用则明显大于草炭和褐煤提取的腐殖酸。在实验表明，不溶性腐殖酸（IHA）对水中重金属pb^2＋、Cd^2＋、Cu^2＋的吸附去除作用，得出结论随着温度的升高和pH值的增大,不溶性腐殖酸对pb^2＋、Cd^2＋、Cu^2＋的吸附量增加.随着pH的增加,在近中性条件下不溶性腐殖酸对重金属离子的吸附率高且稳定。而腐殖质对Cu2 的吸附用Langmuir方程拟合效果优于用Freundlich方程拟合效果,而两个方程对Pb2 吸附的拟合程度都较好。
3. 研究的基本内容与计划
本课题是先来制备石墨烯，制备好石墨烯后，用其为吸附剂，让铜离子作为吸附质。考察初始pH值、初始浓度和吸附时间等因素对于吸附效果的影响，同时对吸附过程进行等温式和动力学拟合，初步分析了吸附机理。计划先用氧化法来制备石墨烯。
4. 研究创新点
以粉煤灰和蔗糖为原料,浓硫酸为炭化剂,制备了一种新型的C/粉煤灰复合吸附材料。采用X光电子能谱、红外吸收光谱、场发射扫描电子显微镜、X射线衍射及N2气吸附实验对所制备复合材料进行了表征。结果表明,粉煤灰表面被类石墨态炭纳米颗粒所包裹,复合材料表面密集分布着大量的介孔,Brunauer-Emmett-Teller(BET)比表面积SBET=5.4m2/g,并且在该复合材料表面含有丰富的-SO3H、-COOH和-OH等含氧官能团。考察了所制备的复合材料对典型阳离子型染料亚甲基蓝及重金属离子的吸附能力,结果表明,该复合材料具有优异的吸附性能,其对亚甲基蓝的吸附能力达到活性炭的83.7％,对典型重金属离子的吸附能力优于市售活性炭。所制备复合材料可作为活性炭的一种替代品,用于水中有机染料和重金属离子的吸附处理。
