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环境污染与能源短缺的问题不断要求研究者开发可持续的低碳能源,核能作为可持续的低碳能源已经引起广泛的关注。海水中含有丰富的铀资源,是陆地铀储量的千余倍,开发海洋中的铀资源,能够持续地为核电站提供充足的核燃料,缓解目前所面临的能源危机。然而,随着核工业的不断开发,产生的核废液也随之增加。核废液长期存在于环境中,会造成环境污染,危害人类健康。核废液中含有大量的放射性元素铀,因此,以高效的方式吸附海水及核废液中的铀具有重要的科学和现实意义。石墨烯复合材料具有理想的孔径结构,较大的比表面积等优点,在海水提铀和铀污染处理方面具有潜在的应用价值。本论文以石墨烯材料为基质合成了 NiAl-LDH@rGO、NiCo2O4@rGO、MnO2@Fe3O4@rGO和CoFe2O4@rGO等具有吸附性能的石墨烯复合材料。同时考察了在不同实验条件下,上述材料对水溶液中铀的吸附性能,选取最佳的吸附条件,对吸附过程的动力学和热力学进行了系统的研究。通过原位生长法制备了具有三维结构的NiAl-LDH@rGO,对合成的材料通过XRD、SEM、TEM、FT-IR和N2吸脱附等手段进行表征,发现镍铝水滑石纳米片垂直地生长在石墨烯的两侧,NiAl-LDH@rGO具有较大的比表面积和均匀的孔径分布,比表面积为256.8m2/g,平均孔径为4.52nm。考察不同实验条件对NiAl-LDH@rGO吸附性能的影响,结果表明,NiAl-LDH@rGO对铀离子具有良好的吸附性能,当pH值等于4.0时,吸附效果最好,其最大吸附容量为242.8mg/g。吸附剂NiAl-LDH@rGO对水溶液中铀离子的吸附过程符合Langmuir等温吸附模型和准二级动力学模型,热力学研究结果表明NiAl-LDH@rGO对铀的吸附过程是一个吸热、自发的过程。以石墨烯为基质通过水热法在石墨烯的表面负载NiCo2O4纳米片,成功制备了NiCo2O4@rGO复合物。NiCo2O4@rGO对铀吸附的实验结果表明,随着pH值的升高,其吸附容量先增加后减小,在pH值为5.0时,吸附效果最佳,吸附容量为342.4mg/g,达到最大。热力学分析结果表明,NiCo2O4@rGO对铀的吸附过程是自发、吸热的。NiCo2O4@rGO对铀的吸附动力学过程遵循准二级动力学模型。在不同温度下NiCo2O4@rGO对铀的吸附过程遵循Langmuir等温吸附模型。用0.5mol/L HCl作脱附剂,经过三次吸附-脱附循环,吸附效率仍可达到80%。以石墨烯为基质合成了磁性吸附材料MnO2@Fe3O4@rGO,并考察了其在水溶液中铀吸附性能。实验结果表明,pH值为6.0时,MnO2@Fe3O4@rGO对铀的吸附性能最佳。MnO2@Fe3O4@rGO对铀离子的吸附符合Langmuir等温吸附模型,在55℃时其理论最大吸附容量为108.7mg/g。热力学数据表明,MnO2@Fe3O4@rGO吸附铀(Ⅵ)的过程是自发的、吸热的。吸附动力学过程遵循准二级动力学方程。用0.04mol/LHCl溶液作为脱附剂时,脱附效果最佳,经过四次吸附-脱附循环,吸附效率为85.46%。以石墨烯为基底采用水热法制备磁性吸附材料CoFe2O4@rGO,而且采用不同测试手段(如XRD、SEM、TEM和VSM等)对产物进行表征。结果显示,其饱和磁化强度是37.56 emu/g,对外加磁场呈现良好的磁响应性,使吸附分离实验的过程更为简化。吸附性能受pH值影响较大,CoFe2O4@rGO吸附铀离子的最佳pH值为6.0。通过对动力学参数的计算表明CoFe2O4@rGO对铀离子的吸附遵循准二级动力学模型。计算所得热力学研究结果表明,该吸附过程是吸热的、自发的。用0.lmol/LNaHCO3脱附溶液进行循环脱附实验,经过三次吸附-脱附循环,其吸附容量为118.5mg/g。