氧化石墨烯/海藻酸鈣膜吸附MB

喬斌

摘 要：本文通過冷凍干燥的方式制備GO/CA膜，并對這種膜對MB的吸附性能和機制進行了研究。并對膜的化學結構性質進行表征。并研究了溫度、MB的初始濃度、初始pH、吸附劑的量及反應時間對吸附的影響。通過熱力學以擬合對所得的數據進行分析。根據朗格繆爾及弗倫德里西模型對GO/CA的吸附平衡參數進行分析，實驗結果可知最大吸附量為1925.36mg/g。熱力學研究表明GO/CA對MB的吸附過程為放熱并且自發進行的過程。

關鍵詞：氧化石墨烯；海藻酸鈣；MB；吸附

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.10.019

1 引言

本文采用冷凍干燥的方法制備GO/CA膜。這種膜可以高效的去除MB。通過一系列的實驗對膜對MB的吸附性能和吸附機制進行了研究。通過SEM和FTIR對膜表征。研究了溫度、溶液pH值、MB的初始濃度、吸附劑的加入量和反應時間對吸附的影響。

2 實驗

2.1 主要原料

SA；CaCl2；MB；GO。

2.2 GO/CA膜的制備

將適量的SA加入到GO中得到2%的SA及不同GO比例的溶液，攪拌均勻。然后將混合液置于冰箱中冷凍，然后冷凍干燥。將干燥后的膜置于CaCl2中浸泡形成GO/CA。水洗多次，去除多余Ca2+，進行干燥。

2.3 吸附劑的表征

通過FTIR對GO/CA膜的表面官能團進行分析。用SEM對膜的表面形貌進行表征。

2.4 吸附實驗

本文研究了溫度、溶液pH、接觸時間、吸附劑質量以及MB初始濃度對GO/CA膜吸附MB性能的影響，對吸附等溫線，熱力學進行了討論。

3 結果與討論

3.1 吸附劑的表征

圖1為SEM圖，可以看出膜具有光滑的多孔結構。隨著GO含量增加膜的表面也會隨之出現褶皺，這就說明GO和CA成功地結合。

圖2為FTIR光譜圖。對比GO/CA膜與CA和GO的紅外譜圖可知，GO/CA膜成功的制備。

3.2 MB的吸附

（1）初始MB濃度和溫度的影響。稱6份GO/CA膜分別放入到20 mL不同濃度的MB溶液中。將這6組試樣分別置于不同溫度中振蕩48h至平衡。最后用紫外分光光度計測定MB的濃度。

（2）pH對吸附性能的影響。在低pH值下，染料的去除率較低[1]。隨著pH增加，吸附容量變化不大[2]。

（3）接觸時間對吸附性能的影響。最開始的時候吸附容量先增加再減慢，直到平衡。這是因為剛開始時有大量活躍的吸附位點[3]。

（4）吸附劑量對吸附性能的影響。隨GO/CA膜的用量增加MB的去除率增加。由于MB總濃度的限制，并非所有的吸附位點都能達到飽和的程度，所以吸附劑用量的增加使得吸附容量減少[4]。

3.3 吸附等溫線研究

Langmuir模型是假定吸附發生在單分子層的均勻表面的基礎上來進行分析的。Langmuir模型的線性表達式為[5]：

根據所得結果的曲線的斜率和截距可以得到qmax和kL的數值。通過Langmuir模型可以得出在293 K，303 K和313 K時的最大的理論吸附吸附容量分別為1925.36mg/g ， 1663.89 mg/g 和1633.98 mg/g。R2>0.99，這表明實驗數據與Langmuir模型擬合的很好。

從兩種模型參數中可以看出，所有的決定系數均大于0.98，這兩種模型都能對膜吸附MB的數據很好的擬合。由Freundlich模型計算得出的參數1/n均比1小，可以得出吸附反應有利于發生的結論。

3.4 吸附熱力學

為了研究溫度對與GO/CA膜對于MB吸附過程的影響，焓（ΔH），熵（ΔS）等熱力學參數通過Vant Hoff 方程和吉布斯自由能（ΔG）計算[6]：

得到ΔH=?23.67 kJ/mol表明吸附反應是放熱反應，吸附MB的能力隨著溫度的升高而下降。ΔG是負值，表明吸附是自發的反應。

4 結論

實驗得出隨著溫度的升高吸附量降低。在較低pH下吸附量較低。對吸附等溫線進行了研究，由于決定系數R2均在0.99左右，可以得出Langmuir，Freundlich模型都能對GO/CA吸附MB的數據進行很好的擬合。按方程擬合得出在298 K時能達到最大的理論吸附量為1925.36 mg/g。對熱力學進行了研究得出ΔG和ΔH的數值均為負值，表明GO/CA對MB的吸附是自發的放熱反應的過程。

參考文獻：

[1]Liu，L.，et al.，The removal of dye from aqueous solution using alginate-halloysite nanotube beads.Chemical Engineering Journal，2012，187（02）：210-216.

[2]Li，Y.，et al.，Methylene blue adsorption on graphene oxide/calcium alginate composites.Carbohydrate Polymers，2013. 95（01）：501-7.

[3]Li， Y.， et al.， Removal of lead from aqueous solution by activated carbon prepared from Enteromorpha prolifera by zinc chloride activation.Journal of Hazardous Materials，2010.183（1-3）：583-589.

[4]Langmuir，I.，THE ADSORPTION OF GASES ON PLANE SURFACES OF GLASS， MICA AND PLATINUM. Journal of Chemical Physics，1918，40（12）：1361-1403.

[5]Freundlich， H.， ?ber die Adsorption in L?sungen. Zeitschrift F??r Physikalische Chemie，2017，57U（01）：385-470.

[6]Reddad， Z.， et al.， Adsorption of several metal ions onto a low-cost biosorbent： kinetic and equilibrium studies. Environmental Science & Technology，2002，36（09）：2067-2073.