功能化石墨烯材料对放射性核素吸附及其机理研究

Graphene, a novel kind of carbon materials with a 2D structure, has unique physicochemical properties and extra high surface areas, which indicate that graphene has great potential for usage in the field of nuclear wastewater treatment. In this project, graphene oxide (GO) will be synthesized using the Hummers method and combined with magnetic nanoparticles to form magnetite-graphene oxide composites(MGO), which will be characterized by different analysis techniques. The adsorption capacity and inteaction mechanisms of radionuclides on MGO under different experimental conditions (such as pH, temperature, ionic strength, reaction time, etc.) will be studied by batch adsorption method. The adsorption machenism of radionuclides on MGO and the relationship between the adsorption capacity and the composition of MGO will be investigated by using batch adsorption, microstructure characterization and computational chemistry analysis.The results achieved from this project are very important in the field of nuclear wastewater treatment and will develop a new kind of material and method in radionuclide pollution cleanup in near future.

石墨烯是一种全新的二维有序碳材料，具有独特的物理化学特性和极高的比表面积，在放射性废水处理中具有潜在的应用前景。本项目拟采用Hummers法制备氧化石墨烯（Graphene Oxide,简称GO）,采用液相沉积法在GO上组装磁性纳米粒子制备磁性GO复合材料（MGO），并对该材料进行分析表征；利用宏观吸附法研究在不同实验条件下（pH，温度，离子强度,吸附时间等）MGO对放射性核素的吸附性能和规律；并与微观结构表征、理论计算模拟相结合，阐明MGO与放射性核素的相互作用机理，揭示MGO吸附性能与其组成的关系。本项目研究结果为探索放射性废水处理提供一种新的材料和方法，具有重要的研究意义。

功能化石墨烯因对污染物具有优越吸附性能而被广泛研究。根据研究计划，采取Hummers法成功制备了基本原料氧化石墨烯（GOs），然后通过几种方法进一步功能化GOs,主要包括:利用臭氧氧化法进一步制备了不同纳米尺寸表面不同氧化程度GOs；通过有机反应把磷酸三乙酯以C-P化学键连接磷酸酯改性GOs；通过化学共聚沉积法把聚合物（如聚苯胺、聚吡咯、聚丙烯酸、（聚）酰胺肟等）、纳米氧化物（磁性氧化铁）等有机无机复合功能化石墨烯材料，同时通过高温热解，等离子体技术制备了多孔碳材料及还原GOs。利用宏观吸附法研究在不同条件下功能化GOs对放射性核素的吸附性能和规律,并与微观结构表征、理论计算模拟相结合，阐明功能化GOs与放射性核素的相互作用机理，揭示功能化GOs吸附性能与其组成的关系。特别是磷酸酯、（聚）酰胺肟等聚合物改性功能化GOs能对铀酰具有一定选择性，对其它核素也有很大吸附容量。本项目研究结果为探索放射性废水处理提供了一种几种高效吸附材料，具有重要的应用价值。.在此项目的支持下，在Environ Sci Technol, J Mater Chem A, Radiochimica Acta, Dalton Trans，Chem Eng J等国际著名学术刊物上发表论文15余篇，论文被他引近300次，并撰写专著1章节。协助培养博士/硕士毕业生5名，其中1人获中科院院长特别奖，1人获中科院院长优秀奖，2人获得国家奖学金。“重金属离子和放射性核素在环境中化学行为和污染治理研究”获得2013安徽省科学技术奖一等奖（自然科学类）。