馮明珠　彭同江　孫紅娟　王培草(西南科技大學(xué)理學(xué)院，綿陽　600)(西南科技大學(xué)分析測試中心，綿陽　600)(西南科技大學(xué)礦物材料及應(yīng)用研究所，綿陽　600)

氧化程度對氧化石墨結(jié)構(gòu)與陽離子交換容量的影響

馮明珠1,3彭同江＊,2,3孫紅娟3王培草1
(1西南科技大學(xué)理學(xué)院，綿陽621010)
(2西南科技大學(xué)分析測試中心，綿陽621010)
(3西南科技大學(xué)礦物材料及應(yīng)用研究所，綿陽621010)

通過改進(jìn)hummers法制備了不同氧化程度的氧化石墨。采用XRD、FTIR及XPS等對不同氧化程度氧化石墨樣品的結(jié)構(gòu)特征、含氧官能團種類與含量及陽離子交換容量進(jìn)行表征。結(jié)果表明，石墨經(jīng)氧化后結(jié)構(gòu)層上鍵入羥基(C-OH)、環(huán)氧基(C-O-C)和羧基(-COOH)等含氧官能團；隨氧化程度的增加，石墨結(jié)構(gòu)逐漸全部轉(zhuǎn)化為氧化石墨結(jié)構(gòu)，C-O-C和-COOH的含量逐漸增大，而C-OH的含量先增大后略有減小，陽離子交換容量也表現(xiàn)為先增大后減小，對應(yīng)的最大值分別為1.70、3.80和4.50 mmol·g-1；氧化石墨碳平面上C-OH發(fā)生去質(zhì)子化反應(yīng)在層間產(chǎn)生H+，其他陽離子與之交換進(jìn)入GO層間域，C-OH的含量是影響氧化石墨陽離子交換容量的主要因素，隨C-OH含量的增加，氧化石墨樣品的陽離子交換容量增大。

氧化石墨；氧化程度；陽離子交換容量

0　引　言

氧化石墨作為氧化還原法制備還原氧化石墨烯的重要中間產(chǎn)物，很大程度上保留了石墨的層狀結(jié)構(gòu)，同時碳原子層上鍵入多種含氧官能團，具有較強的反應(yīng)活性[1-2]。含氧官能團的存在賦予了氧化石墨較強的離子交換性，使金屬離子[3-4]、極性小分子[5]和一些高聚物[6]很容易插入到層間域中形成氧化石墨納米復(fù)合材料，具有極大的潛在應(yīng)用價值，備受研究者關(guān)注。

許多學(xué)者對氧化石墨的制備方法、含氧官能團類型及陽離子交換容量的變化進(jìn)行了研究。Chua 等[7]采用Hofmann法、Tour法、Staudenmaier法和改進(jìn)Hummers法分別制備了不同的氧化石墨樣品，研究了不同氧化石墨樣品含氧官能團的特點，結(jié)果發(fā)現(xiàn)以高錳酸鉀為氧化劑較以氯酸鹽為氧化劑制備的氧化石墨樣品羰基和羧基官能團的含量較高。萬臣等[8]采用改進(jìn)Hummers法，通過改變高錳酸鉀用量制備了不同氧化程度的氧化石墨，發(fā)現(xiàn)隨著氧化程度的升高，C-OH、C-O-C、C=O和COOH官能團含量都逐漸增加。王培草等[9]探討了氧化程度對氧化石墨結(jié)構(gòu)和官能團的影響，發(fā)現(xiàn)C-OH和C-O-C官能團的含量隨氧化程度的增加表現(xiàn)出一定的階段性，即隨氧化程度的增加C-OH先增加而后略有減小，而C-O-C官能團先略有增加，而后增加明顯。Liu等[10]及Matsuo等[11]分別采用Staudenmaier法和Brodie法制備了不同的氧化石墨樣品，并測得其陽離子交換容量分別為4.40、3.50 mmol·g-1；Szabo 等[12]以Brodie法制備了氧化程度不同的系列氧化石墨樣品，隨氧化程度的增加，樣品的陽離子交換容量由1.33 mmol·g-1增加到2.33 mmol·g-1，發(fā)現(xiàn)氧化程度不同的氧化石墨含氧官能團的含量有一定差異，對氧化石墨陽離子交換容量大小有重要的影響。由上可知，氧化程度對氧化石墨含氧官能團的種類和含量具有較大的影響，但氧化官能團類型對氧化石墨陽離子交換性能的影響研究尚未見報導(dǎo)。

本文采用改進(jìn)Hummers法通過改變氧化劑(KMnO4)用量制備不同氧化程度的氧化石墨樣品，利用X射線衍射(XRD)、紅外光譜(FTIR)和X射線光電子能譜(XPS)等對產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)、含氧官能團種類與含量進(jìn)行分析，同時采用甲醛縮合法對產(chǎn)物的陽離子交換容量進(jìn)行測定，旨在查明氧化程度對產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)、含氧官能團種類與含量及陽離子交換容量的影響，從而為氧化石墨插層復(fù)合和吸附機制的研究提供理論依據(jù)。

1　實驗部分

1.1原料及試劑

天然鱗片石墨(山東平度，含碳量90%～99.9%，200目)編號為G-1。高錳酸鉀和濃硫酸(國藥試劑)；5% H2O2溶液和0.05 mol·L-1的HCl溶液(成都金山化學(xué)試劑)；氯化銨(≥99.5%)、氯化鈣(≥99.5%)、甲醛(≥99.5%)、氫氧化鈉(≥96%)、氨水(NH3含量：25.0%～28.0%)、均購自成都市科龍化工試劑廠；酚酞(天津市科密歐化學(xué)試劑開發(fā)中心)；所有試劑均為分析純，實驗用水均為去離子水(>10 MΩ·cm)。

1.2樣品的制備

不同氧化程度氧化石墨凝膠的制備：采用文獻(xiàn)[13-14]中改進(jìn)Hummers法制備氧化石墨，在保持石墨用量(1.0 g)和其它條件不變的情況下，通過改變高錳酸鉀用量(分別取1.0、3.0、5.0 g)，制得不同氧化程度的氧化石墨凝膠樣品。

不同氧化程度氧化石墨稀凝膠的制備：稱取一定量不同氧化程度的氧化石墨凝膠樣品在60℃條件下干燥12 h，確定氧化石墨凝膠樣品在干燥前后的質(zhì)量比，再稱取相當(dāng)于0.1 g干燥氧化石墨質(zhì)量的氧化石墨凝膠，加入一定量的去離子水配制成濃度為5 mg·mL-1的稀凝膠，記為GO-n(n=1、3、5，n為高錳酸鉀與石墨用量的質(zhì)量比)。

1.3樣品表征

X射線衍射分析(XRD)采用荷蘭帕納科公司生產(chǎn)的X′pert MPD Pro型X射線衍射儀，測試條件：Cu靶(Cu Kα，λ=0.154 18 nm)，發(fā)射狹縫(DS)：(1/2)°，防散射狹縫(SS)：0.04 rad，接收狹縫(AAS)：5.5 mm；紅外光譜分析(FT-IR)采用美國尼高力儀器公司生產(chǎn)的Nicolet-5700型紅外光譜儀，KBr壓片法制樣，掃描范圍400～4 000 cm-1；X射線光電子能譜分析(XPS)采用英國Kratos公司的XSAM800型多功能表面分析電子能譜儀，Al靶(1 486.6 eV)，X光槍功率12 kV×15 mA，采用FAT方式，數(shù)據(jù)采用污染碳C1s(284.8 eV)校正；表面電性分析采用英國馬爾文公司的ζ電位分析儀。

陽離子交換容量測定選用甲醛縮合法[15]，具體步驟如下：(1)量取20 mL 5 mg·mL-1氧化石墨稀凝膠樣品于100 mL燒杯中，同時加入20 mL 50%乙醇溶液，攪拌5 min，得到氧化石墨-乙醇-水混合液；(2)加入30 mL 0.5 mol·L-1氯化銨-50%乙醇交換液于混合液中，用氨水調(diào)節(jié)至一定pH值，并攪拌反應(yīng)30 min，離心10 min，棄上清液；(3)用50%乙醇溶液洗滌步驟(2)中的離心沉淀產(chǎn)物，繼續(xù)離心棄去上清液；(4)將步驟(3)所得的離心沉淀物轉(zhuǎn)移至250 mL錐形瓶中，加入25 mL氯化鈣-甲醛混合液，滴加6滴酚酞試劑，用0.1 mol·L-1氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)液滴定至粉紅色，記錄所消耗氫氧化鈉溶液的量；(5)根據(jù)公式(1)計算氧化石墨的陽離子交換容量。同時進(jìn)行3組平行實驗，取3組實驗的CEC平均值為該樣品的陽離子交換容量。

CEC=C×V/G(1)式中：CEC為陽離子交換容量(mmol·g-1)；C為氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)液濃度(mol·L-1)；V為滴定消耗氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)液的體積(mL)；G為氧化石墨的質(zhì)量(g)。

2　結(jié)果與討論

2.1氧化程度對氧化石墨結(jié)構(gòu)的影響

圖1為石墨原樣和不同氧化程度氧化石墨樣品的XRD圖譜。石墨原樣(G-1)在2θ=26.6°左右出現(xiàn)強而尖銳的(002)特征衍射峰，d002=0.335 nm；在2θ=54.6°附近出現(xiàn)(004)衍射峰，為(002)特征衍射峰的二級衍射峰，d004=0.168 nm。石墨經(jīng)氧化后制備的氧化石墨樣品(GO-n，n=1，3，5)在2θ=10°左右出現(xiàn)新的特征衍射峰，d=0.765 6～0.908 7 nm，而石墨原樣的(002)和(004)特征衍射峰峰強隨氧化劑用量的增加而減弱直至消失。這表明氧化石墨樣品的結(jié)構(gòu)隨氧化劑用量的增加而變化，當(dāng)氧化劑用量較少時，石墨片層的氧化程度較低，盡管出現(xiàn)了氧化石墨相，但仍有部分石墨結(jié)構(gòu)未被氧化而以石墨相存在；隨著氧化劑用量增加，未被氧化的石墨相逐漸減少，最終全部轉(zhuǎn)變?yōu)檠趸慕Y(jié)構(gòu)。石墨氧化后，一方面碳原子結(jié)構(gòu)層上接入含氧官能團，導(dǎo)致氧化石墨結(jié)構(gòu)層厚度增加；另一方面，氧化石墨結(jié)構(gòu)層上含氧官能團的存在導(dǎo)致氧化石墨具有較強的親水性，并在層間域中以氫鍵方式吸附水分子，進(jìn)而引起氧化石墨結(jié)構(gòu)層沿c軸方向底面間距的增大。

氧化石墨樣品最大底面間距衍射峰隨氧化劑用量增加而逐漸向低角度偏移，即d001增大。表明碳原子結(jié)構(gòu)層中含氧官能團的含量隨氧化程度的增加而增多及在層間域中引入的水分子的含量增加。

圖1　石墨原樣和不同氧化程度氧化石墨的XRD圖Fig.1 XRD patterns of samples graphite (G-1) and graphite oxide (GO-n, n=1, 3, 5)

圖2　石墨原樣和不同氧化程度氧化石墨的FT-IR圖Fig.2 FT-IR patterns of samples graphite (G-1) and graphite oxide ( GO-n, n=1, 3, 5)

2.2氧化程度對氧化石墨含氧官能團種類的影響

圖2為石墨原樣和不同氧化程度氧化石墨的FT-IR圖譜?？梢钥闯觯瓨?G-1)僅有吸附水分子的伸縮振動峰(3 434 cm-1左右)和結(jié)構(gòu)層邊緣羥基的伸縮振動峰(1 020 cm-1左右)。經(jīng)過氧化處理后，氧化石墨樣品(GO-n，n=1，3，5)的FT-IR圖較石墨原樣發(fā)生了變化，表明有新的化學(xué)鍵生成。出現(xiàn)的新的吸收峰主要為結(jié)構(gòu)層中羥基(C-OH)彎曲振動(1 400 cm-1左右)和伸縮振動(1 046 cm-1左右)、水分子的彎曲振動(1 629 cm-1左右)、環(huán)氧基(C-O-C)的伸縮振動(1 269 cm-1)及結(jié)構(gòu)層邊緣羰基(C=O)的伸縮振動(1 731 cm-1左右)。

由圖2可知，不同氧化程度的氧化石墨樣品含氧官能團的種類并無差異，但氧化程度的不同導(dǎo)致氧化石墨樣品含氧官能團吸收峰的相對強度有較明顯變化。氧化程度較高的GO-3較氧化程度低的GO-1樣品C-OH、C-O-C及C=O的吸收峰峰強增大，表明氧化石墨結(jié)構(gòu)層中含氧官能團的含量隨氧化程度增加而增加；氧化程度高的GO-5較氧化程度較高的GO-3樣品的C-OH吸收峰峰強減弱，表明當(dāng)氧化程度更高時，C-OH的含量反而減少。同時，隨氧化程度的增加，水分子的伸縮振動峰的強度也有所增強，其強度的變化趨勢同C-OH吸收峰的變化一致，表明氧化石墨結(jié)構(gòu)層的C-OH對層間域水分子的吸附增強。

2.3氧化程度對氧化石墨含氧官能團含量的影響

為了進(jìn)一步研究氧化石墨樣品碳平面含氧官能團的種類及含量變化的特點，對不同氧化程度的氧化石墨樣品(GO-n，n=1，3，5)進(jìn)行了XPS分析。圖3(a)為不同氧化程度氧化石墨樣品(GO-n，n=1，3，5) 的XPS全譜。不同氧化程度氧化石墨樣品(GO-n，n= 1，3，5)的C/O原子比如表1所示?？梢钥闯?，隨氧化劑(KMnO4)用量的增加，產(chǎn)物C/O原子比由2.95減小至1.85，表明隨氧化程度增加，氧化石墨結(jié)構(gòu)中含氧量增加，含氧官能團的含量也隨之增加。

圖3　不同氧化程度氧化石墨樣品的XPS全譜(a)和C1s譜(b)Fig.3 Survey XPS (a) and C1s XPS (b) spectra of graphite oxide (GO-n, n=1, 3, 5)

圖3(b)為氧化石墨樣品(GO-n，n=1，3，5)的C1s分峰擬合圖譜?？梢钥闯?，氧化石墨樣品的C1s譜可擬合為4個峰，分別歸屬于C=C (～284.5 eV)、COH(～286.6 eV)、C-O-C(～287.5 eV)和O-C=O(～289.0 eV)[16]。表1為不同氧化程度氧化石墨C1s譜峰通過Gaussian分峰擬合不同官能團的定量結(jié)果。可以看出，當(dāng)氧化劑(KMnO4)用量由1 g增加到3 g，氧化石墨結(jié)構(gòu)層中C=C含量明顯減少，而C-OH含量明顯增加，C-O-C及O-C=O含量略有增加。當(dāng)氧化劑用量達(dá)到5 g，除C=C含量明顯減少外，C-O-C和O-C=O含量繼續(xù)增加，而C-OH含量略有減少。表明隨著氧化程度的增加，氧化石墨結(jié)構(gòu)層中與石墨結(jié)構(gòu)相關(guān)的C=C含量逐漸降低，含氧官能團的含量逐漸增多，以C-OH和C-O-C為主，含有少量O-C=O，與FT-IR分析結(jié)果一致。

2.4氧化程度對氧化石墨陽離子交換容量的影響

圖4為不同氧化程度氧化石墨樣品的陽離子交換量(CEC)隨pH值的變化曲線圖?？梢钥闯?，在溶液pH<5時，隨著pH值的減小，不同氧化程度氧化石墨的CEC逐漸增大，氧化程度較高的GO-3和GO-5樣品較氧化程度較低的GO-1樣品陽離子交換容量增大的幅度更為明顯；在相同pH值的條件下，樣品的陽離子交換容量，氧化程度較高的GO-3樣品高于氧化程度高的GO-5樣品和氧化程度較低的GO-1樣品，當(dāng)pH=1時，對應(yīng)的CEC最大值分別為4.50、3.80和1.75 mmol·g-1；當(dāng)溶液pH=6～11時，隨pH值的增加，GO-1、GO-3及GO-5樣品的CEC的變化很小，分別在1.50、3.30和4.00 mmol·g-1左右變化，并略有增加。

圖4　不同氧化程度氧化石墨樣品的CEC隨pH值變化曲線Fig.4 Curve of change of CEC with pH value for samples GO-n with different oxidation degree

2.5氧化石墨陽離子交換容量機理探討

上述分析表明，氧化石墨結(jié)構(gòu)層上含有大量的含氧官能團，主要為C-OH、C-O-C和-COOH。氧化石墨處于水介質(zhì)環(huán)境中時，C-OH和-COOH可發(fā)生去質(zhì)子化反應(yīng)[9](如式2和3)。

由式2和式3，氧化石墨在水中發(fā)生去質(zhì)子化反應(yīng)后，氧化石墨片層表面帶負(fù)電荷，而進(jìn)入氧化石墨層間域中的H3O+或H+，使氧化石墨具有陽離子可交換性能。

為了驗證式2和式3質(zhì)子化反應(yīng)機理的準(zhǔn)確性，對不同氧化程度氧化石墨樣品的表面電性進(jìn)行了測定。不同氧化程度氧化石墨樣品在不同pH下ζ電位測試結(jié)果如圖5。

圖5　不同氧化程度氧化石墨樣品的ζ電位隨pH值變化曲線Fig.5 Curve of change of ζ potential with pH value for samples GO-n with different oxidation degree

由圖5可以看出，在整個pH值變化范圍內(nèi)，氧化石墨樣品的ζ電位全部為負(fù)值，且隨體系pH值的增大，氧化石墨樣品的ζ電位的絕對值明顯增大。這是氧化石墨在水體系中產(chǎn)生質(zhì)子化反應(yīng)的結(jié)果。當(dāng)體系pH≤5時，隨著體系酸性的增強，由于溶液中H+離子濃度的增高，抑制了C-OH和-COOH的質(zhì)子化反應(yīng)，從而導(dǎo)致隨pH值的降低，樣品ζ電位的絕對值減??；當(dāng)體系pH值在5～9之間變化時，隨體系pH值的增加，氧化石墨樣品的ζ電位的絕對值逐漸增大，但變化幅度不顯著，表明含氧官能團的質(zhì)子化反應(yīng)變化很?。划?dāng)體系pH值在10左右時，由于體系的堿性增強，除C-OH和-COOH發(fā)生質(zhì)子化反應(yīng)外，還會產(chǎn)生C-OH+OH-=C-O-+H2O及-COOH+OH-=-COO-+H2O反應(yīng)，進(jìn)而導(dǎo)致氧化石墨片層帶有更多的負(fù)電荷，因而ζ電位的絕對值達(dá)到最大；當(dāng)體系pH值高于10繼續(xù)增加時，由于調(diào)整體系的pH值加入了較多的Na(OH)，根據(jù)DLVO理論[17]，將導(dǎo)致Na+進(jìn)入吸附層，從而減小了氧化石墨表面的帶電量，導(dǎo)致氧化石墨ζ電位隨pH值增大而降低。

鑒于上述研究，建立了氧化石墨陽離子交換機理的模型，其過程如圖4所示。

當(dāng)氧化程度較低時，氧化石墨結(jié)構(gòu)層上含氧官能團含量較少(如圖4(a)所示)，則C-OH和-COOH去質(zhì)子化產(chǎn)生的H+數(shù)量較少，因而陽離子交換量較低。而隨著KMnO4用量的增加，氧化程度進(jìn)一步加深，氧化石墨結(jié)構(gòu)層上含氧官能團(C-OH、C-O-C和-COOH)的含量逐漸增加(如圖4(b)所示)，C-OH的含量增加迅速，導(dǎo)致氧化程度較高的氧化石墨樣品的陽離子交換量較大。當(dāng)氧化程度繼續(xù)增加時，氧化石墨碳層平面上部分相鄰近的C-OH通過脫去H2O的形式，形成C-O-C，使C-OH含量的減少，導(dǎo)致質(zhì)子化反應(yīng)時產(chǎn)生的H+數(shù)量減少，進(jìn)而所測樣品的陽離子交換量降低。因此，氧化程度不僅影響氧化石墨的結(jié)構(gòu)，而且影響結(jié)構(gòu)層上含氧官能團的數(shù)量和含量，進(jìn)而影響陽離子交換量的大小。

圖6　石墨到氧化石墨及陽離子交換機理模型Fig.6 Structure scheme for graphite to GO and GO of cation exchange

3　結(jié)　論

(1)石墨經(jīng)氧化處理后結(jié)構(gòu)層上鍵入大量的含氧官能團，隨氧化程度的升高，層間距逐漸增加，同時不同含氧官能團的含量變化也略有差異。其中，C-O-C及-COOH的含量隨氧化程度的增加而增多，而C-OH的含量則先迅速增加后減少。

(2)氧化程度對氧化石墨的陽離子交換容量有較大影響。隨氧化程度的增加，氧化石墨的陽離子交換容量先增加后減少。石墨用量與KMnO4用量質(zhì)量比為1∶3時制得的氧化石墨的陽離子交換容量最大，為4.50 mmol·g-1。

(3)氧化石墨結(jié)構(gòu)層上的C-OH和-COOH發(fā)生去質(zhì)子化反應(yīng)在層間形成H3O+(H+)，可被其他陽離子交換出來。氧化石墨結(jié)構(gòu)層上C-OH的含量是決定其陽離子交換容量大小的重要因素。

[1] Fan L, Luo C, Sun M, et al. Bioresour. Technol., 2012,114: 703-706

[2] Szabó T, Hornok V, Schoonheydt R A, et al. Carbon, 2010, 48(5):1676-1680

[3] Mauro M, Maggio M, Antonelli A, et al. Chem. Mater., 2015, 27(5):1590-1596

[4] Gotoh K, Kawabata K, Fujii E, et al. Carbon, 2009,47(8):2120 -2124

[5] Szabó T, Szabó-plánka T, Jonas D, et al. Carbon, 2014,72: 425-428

[6] Guimont A, Beyou E, Cassagnau P, et al. J. Polym. Sci., Part A: Polym. Chem., 2013,4(9):2828-2836

[7] Chua C K, Sofer Z, Pumera M. Chem. Eur. J., 2012,18(42): 13453-13459

[8] WAN Chen(萬臣), PENG Tong-Jiang(彭同江), SUN Hong-Jun(孫紅娟), et al. Chinese J. Inorg. Chem.(無機化學(xué)學(xué)報), 2012,28(5):915-921

[9] WANG Pei-Cao(王培草), SUN Hong-Jun(孫紅娟), PENG Tong-Jiang(彭同江), et al. Chinese J. Inorg. Chem.(無機化學(xué)學(xué)報), 2015,31(2):275-281

[10]Liu Z, Wang Z M, Yang X, et al. Langmuir, 2002,18(12): 4926-4932

[11]Matsuo Y, Miyabe T, Fukutsuka T, et al. Carbon, 2007,45 (5):1005-1012

[12]Szabó T, Tombácz E, Illés E, et al. Carbon, 2006,44(3):537-545

[13]FU Lin(傅玲), LIU Hong-Bo(劉洪波), ZOU Yan-Hong(鄒艷紅), et al. Carbon(炭素), 2006(4):10-14

[14]Kovtyukhova N I, Ollivier P J, Martin B R, et al. Chem. Mater., 1999,11(3):771-778

[15]LI Xue-Mei(李雪梅), LIAO Li-Bing(廖立兵), LI Rui(李瑞), et al. Rock Mineral Anal.(巖礦測試), 2008,27(3):204-206

[16]Zhu C, Guo S, Fang Y, et al. ACS Nano, 2010,4(4):2429-2437

[17]SHEN Zhong(沈鐘), ZHAO Zhen-Guo(趙振國), WANG Guo -Ting(王果庭). Colloid and Surface Chemistry(膠體與表面化學(xué)). Beijing: Chemical Industry Press, 2011.

Effect of Oxidation Degree on Structure and Cation Exchange Capacity of Graphite Oxide

FENG Ming-Zhu1,3PENG Tong-Jiang＊,2,3SUN Hong-Juan3WANG Pei-Cao1
(1School of Science, Southwest University of Science and Technology, Mianyang, Sichuan 621010, China)
(2Analytical and Testing Center, Southwest University of Science and Technology, Mianyang, Sichuan 621010, China)
(3Institute of Mineral Materials & Application, Southwest University of Science and Technology, Mianyan, Sichuan 621010, China)

The graphite oxide samples with different oxidation degree were prepared by modified Hummuers method. The kinds and content of oxygen containing functional groups, structure and cation exchange capacity for the experiment process samples were characterized by XRD, FTIR and XPS. The results show: graphite structure layer oxidized have various oxygen-bearing functional groups such as hydroxyl group (C-OH), carboxy group (-COOH) and epoxy group (C-O-C); with the increase of the degree of oxidation, graphite structures gradually and completely converted to the structure of graphite oxide. The content of C-O-C and -COOH increases gradually, and the content of C-OH first increases then decreases. With the increase of the oxidation degree, the cation exchange capacity of graphite oxide samples also increase firstly and then decrease, corresponding to the maximum value of 1.70, 4.50 and 3.80 mmol·g-1. The C-OH in the carbon basal plane is protonated and H+is generated at the same time. The H+can exchange with other cations in the interlayer of graphite oxide. The content of C-OH is the main factor affecting the cation exchange capacity of graphite oxide, and the cation exchange capacity of graphite oxide samples increase with the increase of the content of C-OH.

graphite oxide; oxidation degree; cation exchange capacity

O613.71

A

1001-4861(2016)03-0427-07

10.11862/CJIC.2016.047

2015-09-15。收修改稿日期：2015-11-19。

國家自然科學(xué)基金(No.41272051),西南科技大學(xué)博士基金(No.11ZX7135)和西南科技大學(xué)研究生創(chuàng)新基金(No.15ycx075)資助項目。＊通信聯(lián)系人。E-mail：tjpeng@swust.edu.cn；會員登記號：S130010901S。