氧化石墨烯基功能纸的制备及吸附性能的研究

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社会的进步推动着工业的发展,但工厂排放的染料和重金属废水也在不断地增加,如果废水不加处理直接排放到江河中,将会对人类赖以生存的饮用水源构成威胁。吸附法因具有成本低、效率高、操作简单等优点,被认为是优于其它的废水处理技术,该技术的关键是吸附材料的选择。氧化石墨烯(graphene oxide, GO)因具有丰富的含氧官能团和良好的化学稳定性等特点在去除阳离子染料和重金属离子方面逐渐引起了人们的关注。但氧化石墨烯和其它吸附材料一样,都存在使用后与水体难分离的缺点。鉴于此,本文采用一种简单的方法制备出具有高吸附和易分离特性的氧化石墨烯基功能纸吸附材料,将其应用于阳离子染料和重金属离子的吸附,研究的主要内容和结果如下:1.采用改进的Hummers法制备氧化石墨烯,将纸巾(tissues)放入氧化石墨烯分散液中,通过简单的浸泡和干燥步骤,得到氧化石墨烯基功能纸。利用扫描电子显微镜、热重分析仪和拉曼光谱分析对功能纸的形貌和结构进行表征分析,结果表明:氧化石墨烯与纸巾之间通过很强的氢键作用形成良好的界面粘结力,这种氧化石墨烯基功能纸既解决了吸附剂与水体的分离问题,又不会二次污染水质。2.通过紫外可见吸收光谱仪研究氧化石墨烯基功能纸对水中阳离子染料亚甲基蓝和罗丹明B的吸附能力,考察了吸附时间、染料初始浓度及吸附剂用量等参数对吸附效果的影响。结果发现:功能纸对染料的去除效果严重依赖于吸附时间、初始浓度和吸附剂用量等因素。当亚甲基蓝和罗丹明B的初始浓度分别为40mg/L和30mg/L,吸附时间为2000mim时,功能纸对亚甲基蓝和罗丹明B的吸附量分别达到了54.84mg/g和21.74mg/g。而且功能纸很好地解决了吸附剂与水体的分离问题。另外,实验还发现,在氧化石墨烯基功能纸吸附染料的过程中,氧化石墨烯对染料的吸附作用远远大于纸巾本身对染料的吸附。例如,对于罗丹明B,纸巾对其吸附量几乎为零,当罗丹明B的初始浓度为30mg/L时,以纸巾上负载的氧化石墨烯质量计算的吸附量达到了182.57mg/g。功能纸对这两种染料的吸附过程较好地符合伪二级动力学模型,表明吸附主要是受化学作用控制。3.通过原子吸收光谱仪对氧化石墨烯基功能纸吸附重金属Pb(Ⅱ)离子的性能进行评估分析,探讨了Pb(Ⅱ)初始浓度和吸附剂用量对吸附性能的影响。结果发现:当Pb(Ⅱ)初始浓度为200mg/L时,功能纸对Pb(Ⅱ)的吸附量达到了28.34mg/g。而且纸巾对Pb(Ⅱ)没有吸附作用,因此在所研究的离子溶液浓度范围内,以功能纸上的氧化石墨烯质量计算出的吸附量达到了487.51mg/g。随着初始浓度和吸附剂用量的增大,功能纸对Pb(Ⅱ)的去除效果增强。用伪一级动力学和伪二级动力学方程对吸附数据进行拟合分析,结果表明吸附动力学符合伪二级动力学模型。等温线研究表明,Langmuir吸附等温线能够更好地描述功能纸吸附Pb(Ⅱ)的过程,即吸附为单分子层。
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