功能化氧化石墨烯對(duì)含Cr6+廢水的吸附

陳晨，黃樹(shù)輝,2*，周志文

(1.溫州醫(yī)科大學(xué) 公共衛(wèi)生與管理學(xué)院，浙江 溫州 325035； 2.溫州醫(yī)科大學(xué) 浙南水科學(xué)研究院，浙江 溫州 325035)

鉻是一種有毒重金屬，具有很強(qiáng)的毒性和生物蓄積性。鉻在廢水中以3價(jià)鉻和6價(jià)鉻兩種穩(wěn)定態(tài)存在，且6價(jià)鉻的毒性遠(yuǎn)大于3價(jià)鉻。對(duì)氧化石墨烯進(jìn)行磁性和環(huán)糊精改性，制得β-環(huán)糊精-磁性氧化石墨烯(β-CD-MGO)，研究其對(duì)6價(jià)鉻(Cr6+)的去除能力，并探索了Cr6+吸附過(guò)程中吸附時(shí)間、溫度、吸附劑用量、pH值等對(duì)其吸附效果的影響，得出最佳吸附條件。

1 材料與方法

1.1 供試材料

實(shí)驗(yàn)所使用的氧化石墨烯(GO)購(gòu)自蘇州恒球石墨烯科技有限公司。所需藥劑均為分析純級(jí)。

1.2 功能化氧化石墨烯制備

磁性氧化石墨烯(MGO)的制備：在室溫下，配制一定濃度的FeCl3與FeSO4溶液，將其加入氧化石墨烯溶液中，再加入適量氨水調(diào)節(jié)pH值為10，在85 ℃條件下持續(xù)攪拌，冷卻至室溫，清洗至中性，獲得磁性氧化石墨烯[1]。

氨基化環(huán)糊精的制備：在室溫下，將環(huán)糊精溶解，加入乙二胺，40 ℃條件下反應(yīng)，得到氨基化環(huán)糊精[2]。

β-環(huán)糊精與磁性氧化石墨烯復(fù)合物(β-CD-MGO)的制備：將氨水加入MGO溶液中，室溫下攪拌10 min，再加入氨基化環(huán)糊精，80 ℃下攪拌反應(yīng)24 h，將得到的產(chǎn)物用乙醇和超純水清洗多次，定容后得到β-CD-MGO復(fù)合物[3-4]。

1.3 處理設(shè)計(jì)

取一定濃度的Cr6+溶液于錐形瓶中，分別加入經(jīng)預(yù)處理的β-CD-MGO，在30 ℃、pH值為2的條件下，以180 r·min-1的轉(zhuǎn)速在往返氣浴恒溫振蕩器中振蕩攪拌24 h，取出過(guò)濾，測(cè)定水中殘余的Cr6+濃度，確定β-CD-MGO吸附Cr6+的最佳投加量。

取100 mL濃度為20 mg·L-1的Cr6+溶液于錐形瓶中，分別加入最佳投加量的β-CD-MGO，在30 ℃、pH值為2的條件下，以180 r·min-1的轉(zhuǎn)速在往返氣浴恒溫振蕩器中振蕩攪拌，每隔一定時(shí)間(5、10、30、60、120、180 min)取出過(guò)濾，測(cè)定水中殘余的Cr6+濃度，直到1 500 min后全部取出過(guò)濾，測(cè)完水中殘余的Cr6+濃度，確定β-CD-MGO吸附Cr6+的最短吸附時(shí)間。

取100 mL 20 mg·L-1的Cr6+溶液，分別加入最佳投加量的β-CD-MGO，在pH值為2、不同反應(yīng)溫度(30、35、40、45、50 ℃)下，以180 r·min-1的轉(zhuǎn)速在往返氣浴恒溫振蕩器中振蕩攪拌直至平衡，取出過(guò)濾，測(cè)定水中殘余的Cr6+濃度，確定β-CD-MGO吸附Cr6+的最佳反應(yīng)溫度。

取100 mL 20 mg·L-1的Cr6+溶液，用稀硫酸和氨水溶液調(diào)節(jié)pH值分別為1～10，加入最佳投加量的β-CD-MGO，在30 ℃條件下以180 r·min-1的轉(zhuǎn)速在往返氣浴恒溫振蕩器中振蕩攪拌直至平衡，取出過(guò)濾，測(cè)定水中殘余的Cr6+濃度，確定β-CD-MGO吸附Cr6+的最佳初始pH值。

2 結(jié)果與分析

2.1 吸附劑投加量

如表1所示，一定濃度范圍內(nèi)，β-CD-MGO對(duì)Cr6+的吸附容量隨著吸附劑投加量的增大而減小，吸附容量最大時(shí)，β-CD-MGO的投加量為0.1 g·L-1。據(jù)此推測(cè)，若投加量繼續(xù)減少，吸附容量可能會(huì)繼續(xù)增大，但這樣一來(lái)去除率會(huì)顯得很小，不具有實(shí)際意義。

表1 β-CD-MGO投加量對(duì)Cr6+吸附容量的影響

2.2 吸附時(shí)間

如圖1所示，β-CD-MGO對(duì)Cr6+的吸附率在0～15 min顯著上升，在15～800 min緩慢上升，800～1 500 min趨于平緩，在24 h(1 440 min)左右吸附飽和，故β-CD-MGO對(duì)于Cr6+的吸附平衡時(shí)間約為24 h。

圖1 吸附時(shí)間對(duì)于吸附效果的影響

2.3 反應(yīng)溫度

如圖2所示，在30～50 ℃，隨著溫度上升，β-CD-MGO對(duì)Cr6+的吸附量逐步下降。

圖2 吸附溫度對(duì)于吸附效果的影響

2.4 初始pH值

圖3 初始pH值對(duì)于吸附效果的影響

3 小結(jié)

本研究顯示，在實(shí)驗(yàn)條件下，β-CD-MGO的最佳投加量為0.1 g·L-1，最佳吸附時(shí)間為24 h，在30～50 ℃，β-CD-MGO對(duì)Cr6+的吸附量隨溫度上升而下降。在初始pH值1～3，隨著pH值增大，β-CD-MGO對(duì)的Cr6+的吸附效果顯著下降；在初始pH值3～10，隨著pH值增大，β-CD-MGO的吸附效果變化不明顯。