DOI: 10.1016/j.apsusc.2022.154098

本研究介绍了一种简便经济的方法，通过掺入碳纳米管（CNTs）和碳纳米纤维（CNFs）来制备具有可控结构特性的石墨烯气凝胶（GAs），并展示了其在有机染料吸附中的应用。采用水热法合成了结合CNTs和CNFs的GAs。检验了这些CNT-CNF-GA（CCGA）对阳离子染料（罗丹明6G（R6G）和亚甲蓝（MB））以及阴离子染料（甲基橙（MO））的吸附能力。氧官能团的存在给CCGA带来了整体负电荷，它对阳离子MB和R6G（分别为96.1mg/g和79.2mg/g）染料表现出较高的吸附能力，而对MO（51.6mg/g）的吸附能力相对较低。此外，通过调整水热处理时间，优化了CCGA的氧官能团含量和表面积，以提高吸附容量。所有这些都意味着GA的孔隙率、官能团的化学和物理相互作用、GA和染料分子上的总电荷以及染料分子的大小是影响选择性染料吸附的主要标准。这些CCGAs表现出更好的吸附能力以及良好的可重复使用性，表明其具有作为染料吸附剂的实际应用潜力。

图1.（a）GO片材、（b）CNFs和（c）CNTs的TEM图像。

图2.（a）GA、（b）CGA和（c）CCGA的SEM图像。插图显示了相应GAs的照片。（d）GA壁的近视图，（e,f）CGA和CCGA中的CNTs（以红色圆圈表示）。CCGA中的CNTs没有聚集，而是与石墨烯片交织在一起。

图3.TEM和SEM图像显示存在CNFs时CNTs的易分散性。（a），（b）分别为分散在水中的CNTs的TEM和SEM图像，（c），（d）分别为存在CNFs时分散在水中的CNTs的TEM和SEM图像。

图4.GA和R6G相互作用的示意图。

图5.（a-d）不同CNF负载量下制备的CCGAs的SEM图像。（f）每个CCGA对R6G的吸附容量（染料浓度=15mg/L，持续时间=24h，吸附剂剂量=5mg）。

图6.（a-c）不同水热反应时间下制备的CCGAs的SEM图像。插图显示了相应GAs的照片。

图7.（a）R6G、MB和MO的化学结构以及染料溶液的照片。（b）不同水热反应时间下制备的CCGAs对R6G、MB和MO的吸附能力（染料浓度=15mg/L，持续时间=24h，吸附剂剂量=5mg）。

图8.2h-CCGA在不同pH条件下对R6G的吸附能力。（b）MO分子结构的变化取决于溶液pH值（染料浓度=15mg/L，持续时间=24h，吸附剂剂量=5mg）。

图9.（a）CCGA对R6G的吸附等温曲线。（b）CCGA上R6G的Langmuir等温线模型和（c）Freundlich等温线模型。

图10.（a）CCGA对R6G的吸附性能。（b）CCGA上R6G的伪一级和（c）伪二级动力学模型。

图11.15mg/L R6G吸附到5mg CCGA上的颗粒内扩散模型图（图中给出了每个步骤的速率常数，单位为mg/g（min）1/2）。

图12.CCGA重复吸附R6G的可重复使用性。