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PVP功能化石墨烯高效吸附废水中大分子染料

[导读]:随着我国纺织印染工业的发展,染料废水的排量也随之增大。染料废水具有色度较大、难脱色、水质变动较大等特点[1]。其中含有的偶氮染料更是具有致癌的作用,严重污染水体,危害人们的健康。目前常用的染料处理方法有生物化学法和物理化学法[2]。其中物理化学法主要包括吸附和降解 2 种。常用的吸附材料有天然矿物、蔗糖、煤渣、甲壳质、活性炭和蛋白质等。其中活性炭的应用较其他材料来说更普遍,但是在应...

随着我国纺织印染工业的发展,染料废水的排量也随之增大。染料废水具有色度较大、难脱色、水质变动较大等特点[1]。其中含有的偶氮染料更是具有致癌的作用,严重污染水体,危害人们的健康。目前常用的染料处理方法有生物化学法和物理化学法[2]。其中物理化学法主要包括吸附和降解 2 种。常用的吸附材料有天然矿物、蔗糖、煤渣、甲壳质、活性炭和蛋白质等。其中活性炭的应用较其他材料来说更普遍,但是在应用中发现活性炭吸附的一些缺点,主要包括有选择的对染料进行吸附、对疏水性染料去除困难、脱附效果差、成本高和实用性差等[3]。 石墨烯是由 sp2 杂化的碳原子形成的新型碳材料,具有较大的比表面积(2 630 m2/g),与许多染料的芳香残基有很强的 π-π 键相互作用。石墨烯具有大比表面积、极强吸附能力等特点,在处理染料废水问题上有广泛的应用。NASIRI 等用一步法合成了磁性三维石墨烯复合纳米材料,该材料对阳离子染料结晶紫的吸附量达到了 827.2 mg/g[4];WANG 等将石墨烯与 Fe76Si9B10P5 结合,得到的材料对甲基橙和直接蓝 6 的吸附率达到 99%以上[5];QI 等合成了氧化石墨烯、壳聚糖复合海绵材料,该材料对亚甲基蓝的吸附量为 275.5 mg/g[6];BHATTACHARYYA 等用 氧化石墨烯、交联剂戊二醛、马铃薯淀粉合成了一种生物复合材料,对亚甲基蓝有很好的吸附效果[7]。 石墨烯片层间较强的 π-π 键使其有较强的团聚作用,严重阻碍石墨烯的研究和使用。为了解决这个问题,往往用另一种材料对石墨烯进行功能化,所加的材料不仅在一定程度上可以缓解石墨烯片层间的团聚作用,还可以为其提供更为优异的性能[8]。而聚乙烯吡咯烷酮(PVP)是一种水溶性聚合物,具有优异的溶解性能,并与很多染料具有良好的亲和力,其分散作用可促使溶液中的石墨烯分散均匀且稳定。PVP 可以利用 π-π 键和氢键等作用力结合在石墨烯表面,很好地避免石墨烯片层间的团聚作用[9]。此外,还可以发挥其与染料间的结合作用(PVP 与染料间的缔合作用主要来自分子间力和氢键),对染料很好的吸附效果[10-11]。 因此,本研究基于 PVP 和石墨烯的以上性质,探究了 PVP 功能化石墨烯(PVP-GNs)对于染料的吸附效果,为染料废水脱色提供高效稳定的新材料。 1 实验部分 1.1 仪器与材料 仪器。磁力搅拌器,DK-98-I 电子恒温水浴锅, PVP功能化石墨烯高效吸附废水中大分子染料 韩丽君 1,刘志广 2,郭玉晶 2 (1.山西大学 环境与资源学院; 2.山西大学 环境科学研究所:山西 太原 030006) 摘 要:利用聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和石墨烯与染料分子的结合特性,合成了 PVP 功能化石墨烯纳米材料(PVP- GNs),对其进行了表征,并考察该材料对水中酸性红(ASG)和孔雀石绿(MG)等染料的吸附能力。结果表明,当pH 为 7、温度为 40 ℃、时间为 10 min、材料的质量浓度 1 g/L 时,ASG 的最大吸附率达到 93.41%,最大吸附量达到93.41 mg/g;当 pH 为 5、温度为 40 ℃、时间为 10 min、材料用量 0.5 mL,材料的质量浓度 1 g/L 时,MG 的最大吸附率达到 83.38%,最大吸附量达到 83.38 mg/g。等温吸附模型的拟合结果表明,PVP-GNs 对 ASG 和 MG 的理论最大吸附量分别达到 1 887、1 976 mg/g。且 PVP-GNs 具备良好的染料脱附性能。因此,该材料在染料废水脱色方面具有很大的应用

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