Page 70 - 《精细化工》2021年第10期

·2000· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 38 卷

由图 5 可以看出，RGA 呈均匀的三维网络结构， 在第一次压缩时 RGA 的应力为 3.5 kPa，此时
孔道结构丰富，石墨烯片层之间相互连接，孔径尺 的 RGA 由于有外表皮的支撑压缩应力略高，在第
寸在几微米到几百微米之间，丰富的孔道结构使气 20 次压缩到第 200 次压缩 RGA 的应力由 3.1 kPa 下
凝胶具有超轻的质量{本文制备气凝胶表观密度〔石 降到 2.5 kPa，仅下降了 19%，RGA 在多次压缩循
墨烯气凝胶质量除以表观体积（近似圆柱体的体 环后仍能保持较高的压应力，表明其具有良好的抗
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积）〕为 9.65 mg/cm }。三维网络结构主要是在冷冻 疲劳能力。在撤去外力后，气凝胶能迅速回弹恢复
过程中，冰晶的形成和生长推动石墨烯片层移动， 至原始高度，表明气凝胶的结构没有被破坏，说明
使石墨烯片层重新排列形成的 [26] 。而且石墨烯片层 RGA 具有良好的结构稳定性和压缩回弹性，这为
上存在大量的凸起和褶皱，这些凸起和褶皱大大增 RGA 的挤压法吸油提供了良好的基础。
加了气凝胶的柔韧性和比表面积，使石墨烯气凝胶 2.7 RGA 对含油污水的吸附性能
具有优异的压缩回弹性能和吸附性能。 2.7.1 RGA 对含油污水的吸附曲线
2.6 压缩回弹测试 图 8 为 RGA 对柴油吸附的 q t -t 曲线。
评价石墨烯气凝胶力学性能的重要依据之一是
其反复压缩回弹的能力。图 6 为 RGA 在 50%应变
下的应力-应变曲线，电子万能试验机以 300 mm/min
的速度加载，55 mm/min 的速度卸载。

图 8 RGA 对柴油的吸附曲线
Fig. 8 Adsorption curve of diesel oil by RGA

可以看出，在吸附前期，RGA 有大量的吸附位

点，且柴油的浓度较高，此时吸附驱动力较大，柴
图 6 RGA 应变为 50%的应力-应变曲线 油分子迅速吸附到 RGA 的片层表面，因此在前
Fig. 6 Stress-strain curves of RGA under 50% strain
90 min 内吸附速率较快，吸附量迅速增加。随着吸
由图 6 可见，循环测试 1~200 次的应力-应变曲 附的进行，RGA 上的吸附位点减少，溶液中柴油的
线均存在一个滞后回环，表明 RGA 在压缩过程中的 浓度降低，吸附驱动力减小，90 min 后吸附速率减
力学响应属于典型的黏弹性行为，几乎所有可压缩 慢，至 270 min 时吸附趋于平衡，RGA 的平衡吸附
碳材料都会发生这种现象 [27-28] 。图 7 为 50%应变时 量为 1466.325 mg/g，去除率达到 94.8%。
RGA 压缩 200 次前后照片，RGA 在 50%应变下压 2.7.2 RGA 对含油污水的吸附动力学
缩回弹 200 次后，其外形没有发生明显变化，气凝 为研究吸附速率对吸附过程的影响，用准一级
胶高度基本保持不变。 动力学模型（PFO）和准二级动力学模型（PSO） [29]
对吸附实验数据进行拟合分析。表达式如式（7）和
式（8）所示：
PFO 模型：
ln q  q   ln q  k t （7）
 e t e 1
PSO 模型：
t  1  t （8）
q kq 2 q
t 2e e
–1
式中：k 1 为 PFO 的吸附速率常数 min ；q e 为平衡
a—压缩前；b—压缩后 吸附量，mg/g；q t 为 t 时刻的吸附量，mg/g；k 2 为
图 7 50%应变时 RGA 压缩 200 次前后照片
Fig. 7 Photographs before and after 200 compressions of PSO 的吸附速率常数 g/(mg·min)。
RGA under 50% strain 在 25 ℃下，RGA 吸附模拟含油污水数据的准