不同影響因素對(duì)rGO/CoFe2O4吸附孔雀石綠的研究

趙會(huì)彬+朱博楠+高山+王帥

摘要：本文采用膜分散技術(shù)結(jié)合水熱法制備了石墨烯/CoFe2O4納米復(fù)合材料，考察了不同吸附條件下rGO/CoFe2O4納米復(fù)合材料對(duì)孔雀石綠模擬廢水的吸附效果，并利用紫外—可見分光光度計(jì)測(cè)量吸附后孔雀石綠模擬廢水的吸光度。結(jié)果表明，rGO/CoFe2O4對(duì)于MG的吸附能力優(yōu)于單一納米CoFe2O4粒子，吸附效果明顯，最大吸附容量達(dá)104.67 mg/g，并且吸附后具有良好的磁分離功能。

關(guān)鍵詞：石墨烯；CoFe2O4；孔雀石綠；吸附

中圖分類號(hào)：TB33文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2016） 10（c）-0000-00

孔雀石綠（Malachite Green，MG）是一種常用的工業(yè)性人工合成的有機(jī)染料，主要用于紡織行業(yè)、造紙行業(yè)、食品染色劑，同時(shí)又是治理魚類真菌感染的殺菌劑。但孔雀石綠又是一種有毒的三苯甲烷類化學(xué)物，有致癌和中毒等副作用[1]。因此，處理含有孔雀石綠的廢水一直是人們研究的熱點(diǎn)[2]。

去除孔雀石綠常用的方法有絮凝[3]、化學(xué)氧化[4]、膜分離[5]、吸附等[6，7]。目前，最常用的廢水處理方法是吸附分離法，此方法具有操作簡(jiǎn)單、材料來源廣、吸附效果好等優(yōu)點(diǎn)，但也會(huì)存在一些缺點(diǎn)，如吸附劑處理廢水后，不易與廢水分離，造成二次污染。所以，本文以預(yù)先制備的rGO/CoFe2O4納米復(fù)合材料[8]作為吸附劑，進(jìn)行孔雀石綠模擬廢水的脫色處理，考察了rGO/CoFe2O4納米復(fù)合材料對(duì)MG染料廢水吸附過程的最佳復(fù)合比例、最優(yōu)pH值、最佳投加量以及吸附平衡時(shí)間，以期為探索去除廢水中的MG有機(jī)染料提供穩(wěn)定而又有效的處理方法。

1 材料和方法

1.1實(shí)驗(yàn)試劑及儀器

實(shí)驗(yàn)試劑：氯化鐵，氯化鈷，氫氧化鈉，石墨烯，孔雀石綠。

實(shí)驗(yàn)儀器：恒溫磁力攪拌器（HJ-4A），精密酸度計(jì)（PHS-2C），電熱恒溫水浴鍋（DK-S22型）、紫外—可見分光光度計(jì)（UV 752型）。

1.2 吸附實(shí)驗(yàn)

移取30.00 mL一定濃度的孔雀石綠置于100 mL錐形瓶中，用NaOH溶液和鹽酸調(diào)節(jié)pH值，加入一定量的自制rGO/CoFe2O4吸附劑，攪拌反應(yīng)一定時(shí)間后，用磁座將rGO/CoFe2O4與溶液分離，移液管移取1 ml上層清液，用除鹽水稀釋于50 mL比色管中，用紫外可見分光光度計(jì)測(cè)定吸光度，并計(jì)算濃度。吸附劑的吸附量和去除率通過以下公式計(jì)算：qt=（C0-Ct）V/m，R%=（C0-Ct）/C0×100% 式中：qt—t時(shí)刻吸附量（mg/g）；C0—吸附前孔雀石綠濃度（mg/L）；Ct—吸附t時(shí)刻孔雀石綠濃度（mg/L）；V—溶液的體積（mL）；R%—孔雀石綠去除率；m—加入的吸附劑質(zhì)量（g）。

2 結(jié)果與討論

2.1 rGO/CoFe2O4的復(fù)合比例對(duì)MG去除率的影響

基于石墨烯大的比表面積、較強(qiáng)的吸附性能和納米CoFe2O4粒子的磁性能，將二者進(jìn)行復(fù)合，勢(shì)必尋求二者最佳實(shí)驗(yàn)比例，既能發(fā)揮石墨烯與納米CoFe2O4粒子的最優(yōu)吸附性能，又可以使復(fù)合材料兼具一定的磁分離功能。

不同復(fù)合比例下孔雀石綠的去除率分別為55.18% ，59.85%，70.92%，79.41%，86.96%，88.13%。相比于單一CoFe2O4納米粉體，隨著GO含量的不斷增加，rGO/CoFe2O4納米復(fù)合材料對(duì)于MG的去除率均有所提高，說明與石墨烯復(fù)合后，復(fù)合材料的吸附性能大幅度增強(qiáng)。當(dāng)二者復(fù)合比例為10：7、10：9時(shí)，對(duì)于MG的去除率變化不大，基于節(jié)約成本的角度出發(fā)，我們選擇CoFe2O4/GO復(fù)合比例為10：8，作為后面的單因素實(shí)驗(yàn)的吸附劑。

2.2 pH對(duì)MG去除率的影響

如圖2-1，隨著pH值的增大，rGO/CoFe2O4吸附孔雀石綠的去除率在逐漸上升。在pH為2時(shí)，吸附效果很差，當(dāng)pH值從2增加到6時(shí)，吸附劑對(duì)MG的去除率從57.36%增加到85.34%，說明酸性環(huán)境對(duì)吸附影響較大，這是因?yàn)榭兹甘G為陽離子型染料，rGO/CoFe2O4表面由于rGO的存在而顯電負(fù)性，較多的H+與之發(fā)生競(jìng)爭(zhēng)吸附，導(dǎo)致MG的去除率較低。pH在6～10范圍內(nèi)達(dá)到較好吸附水平，對(duì)MG的去除率達(dá)到88.16%，并且變化不大。因此，我們選擇較中性的條件下即PH在7左右作為吸附實(shí)驗(yàn)的理想PH值。

2.3 rGO/CoFe2O4的投加量對(duì)MG去除率的影響

吸附劑的用量對(duì)MG的去除率影響較大，從MG染料的去除效果與經(jīng)濟(jì)性兩方面來綜合考慮。

如圖2-2所示，隨著rGO/CoFe2O4吸附劑的加入量逐漸增大，對(duì)MG染料廢水的去除率逐漸升高，從70.12% 增加99.2%，當(dāng)吸附劑投加量為4 g/L時(shí)，去除率趨于平緩，達(dá)到吸附平衡。MG去除率的增加，是因?yàn)槲絼╇S著用量的增加，增大了吸附劑的吸附表面，同時(shí)也增多了其與染料廢水的吸附結(jié)合位點(diǎn)，致使MG的去除率上升。因此，綜合考慮來看，我們選擇rGO/CoFe2O4吸附劑的最佳投加量為4 g/L，作為后續(xù)單因素實(shí)驗(yàn)的吸附劑用量。

2.4 吸附時(shí)間對(duì)MG去除率的影響

吸附時(shí)間的長(zhǎng)短是衡量吸附劑優(yōu)劣的一個(gè)重要指標(biāo)，染料的吸附從開始到吸附平衡需要一定的時(shí)間。本組實(shí)驗(yàn)考察了吸附時(shí)間對(duì)rGO/CoFe2O4去除MG過程的影響，以MG的去除率作為考察指標(biāo)。

隨著時(shí)間的逐漸延長(zhǎng)，吸附逐漸趨于飽和。整個(gè)實(shí)驗(yàn)的吸附時(shí)間為150 min，但在120 min到140 min之間時(shí)，去除率接近98%，說明吸附趨于平衡。在最初的60 min內(nèi)，MG的去除率迅速增大，說明在這段時(shí)間內(nèi)吸附速率較大，這是因?yàn)槲介_始時(shí)，染料MG與吸附劑表面的活性位點(diǎn)較多，致使MG分子迅速與吸附劑表面活性吸附位點(diǎn)相結(jié)合，致使吸附速迅速提高。但在60 min后，吸附變得緩慢，這是因?yàn)殡S著更多的吸附位點(diǎn)被MG染料分子所占據(jù)，致使吸附速率逐漸降低。在吸附時(shí)間達(dá)到120 min后，MG的去除率達(dá)到最大，吸附趨于平衡階段，平衡時(shí)間選為120 min。

2.5 孔雀石綠的初始濃度

隨著MG初始濃度的不斷增加，吸附量逐漸上升。當(dāng)濃度為300 mg/L時(shí)，rGO/CoFe2O4對(duì)于MG廢水的最大吸附量達(dá)到104.67 mg/g。

在一定程度下，吸附量的大小取決于MG染料的濃度，即濃度越大吸附量越大。但MG濃度增大到300 mg/L時(shí)，隨著初始濃度的繼續(xù)增加，吸附劑對(duì)MG吸附量的增加速度呈減小的趨勢(shì)，最終達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，表明吸附趨于飽和。

3 結(jié)論

利用rGO/CoFe2O4納米復(fù)合材料作為吸附劑，進(jìn)行了孔雀石綠染料廢水的吸附實(shí)驗(yàn)研究。其對(duì)MG染料廢水的吸附具有較快的吸附速率，120 min左右達(dá)到吸附平衡，且具有較大的吸附容量，可達(dá)104.67 mg/g。由于與納米CoFe2O4的復(fù)合，使得其具有良好的磁分離功能，在很大程度上減小了吸附劑與染料廢水的分離難度。通過實(shí)驗(yàn)確定了rGO/CoFe2O4納米復(fù)合材料對(duì)MG染料廢水吸附的最佳復(fù)合比例、最優(yōu)pH值、最佳投加量以及吸附平衡時(shí)間。

參考文獻(xiàn)

[1] 王邃，陳丹峰，郭智勇，等.孔雀石綠的污染治理及樣品中殘留物的分離

檢測(cè)方法.水生態(tài)學(xué)雜志，2009，2（4）：146～150

[2] 何麗華，沈國順，鄒偉，等.孔雀石綠及其危害.特養(yǎng)與水產(chǎn)，2006，27（5）：45～48

[3] 郭沛涌，賴通.化學(xué)混凝法去除制革廢水懸浮物的研究.工業(yè)水處理，2009，29（1）：20～22

[4] 張麗宏.化學(xué)氧化法處理染料廢水的研究進(jìn)展.河北化工，2007，30（10）：70～71

[5] K. V. Kumar， V. Ramamurthi， S. Sivanesan. Modeling the mechanism involved during the sorption of methylene blue onto fly ash. Journal of Colloid and Interface Science， 2005， 284（1）： 14～21

[6] 張輝，徐義亮，李群，等.改性竹炭顆粒對(duì)水溶液中孔雀綠的吸附動(dòng)力學(xué)

研究.生態(tài)與農(nóng)村環(huán)境學(xué)報(bào)，2010，26（6）：591～595

[7] 吳燕.印染廢水處理方法的現(xiàn)狀與展望.北方環(huán)境，2000，10（3）：43～49

[8] 關(guān)曉輝，匡嘉敏，趙會(huì)彬等.還原的氧化石墨烯/ CoFe2O4的膜分散-水熱法制備及其吸波性能.化工進(jìn)展，2015，34（10）：3693-3699