清华大学《ACS AMI》：高性能石墨烯/碳纳米管的吸附剂，实现工业废水回收

成果简介

清华大学Zefang Yin等研究人员在《 ACS Appl. Mater. Interfaces》期刊发表名为“High-Performance Graphene/Carbon Nanotube-Based Adsorbents for Treating Diluted o-Cresol in Water in a Pilot-Plant Scale Demo”的论文，研究通过挤压加工以千克规模制备石墨烯/碳纳米管（CNT）基吸附剂（其中 石墨烯用作主要吸附材料，碳纳米管构成骨架以增强机械强度），然后与聚（四氟乙烯）混合和键合。采用千克级吸附剂在连续可逆吸附-解吸装置中处理废水中邻甲酚含量<1.12 mg/kg，空速为30h–1时可持续吸附99 h日处理污水总量为5吨。

Brunauer-Emmett-Teller (BET)、傅里叶变换红外光谱 (FT-IR)、X 射线光电子能谱 (XPS)、热重分析 (TGA) 和拉曼光谱都表明用过的吸附剂的表面性质和孔结构在真空中低温吸附和高温解吸循环后均保持不变。这些结果为去除芳香族有机物提供了一种有效的可逆吸附剂系统，并促进了碳纳米材料在废水处理中的扩大应用。

图文导读

图1. (a) 石墨烯TEM图像  (b) 碳纳米管的 TEM 图像。(c) GCP的TEM 图像。插图是 GCP 的横截面扫描电子显微镜 (SEM) 图像。(d) GCP 的合成过程。(e) GCP的照片

图2. (a)(b) GCP 的吸附-解吸等温曲线和孔体积分布 。(c) 纯水和OC溶液 (95 wt %) 的接触角和 GCP 的相应照片。(d) GCP、GA 和 CAS 对 OC 溶液（95 wt%）的吸附能力。

图 3. (a) 吸附-解吸塔。(b) 不同空间速度下 A和B塔废水中 OC 的浓度。(c) 不同空速下A、B塔出口处的吸附率。(d) 在中试装置测试中连续预处理和吸附-解吸 124 小时，容量为 5 吨/天。

图4. 使用前 (a) 和使用后 (b) 的 GCP 的 SEM 图像。使用前后 GCP的孔容分布 (c)。原始和废 GCP 的 TGA 测试 (d) 和拉曼光谱 (e)。用过的 GCP 和浸入 OC (f) 的 GCP 的傅里叶变换红外 (FT-IR) 光谱。A和B塔中原始 GCP 和 GCP 的 C 1s (g)、F 1s (h) 和 O 1s (i) 的 XPS 光谱。

小结

通过机械混合和挤出方法制备用于有机吸附的公斤级 GCP。这些扩大规模的尝试代表了碳纳米材料在废水处理领域工业化的重要一步。材料和设备的设计有效地弥合了纳米级创新和实际放大应用之间的差距。

文献：https://doi.org/10.1021/acsami.1c11410