功能化氧化石墨烯對含Cr6+廢水的吸附

陳晨，黃樹輝,2*，周志文

(1.溫州醫科大學 公共衛生與管理學院，浙江 溫州 325035； 2.溫州醫科大學 浙南水科學研究院，浙江 溫州 325035)

鉻是一種有毒重金屬，具有很強的毒性和生物蓄積性。鉻在廢水中以3價鉻和6價鉻兩種穩定態存在，且6價鉻的毒性遠大于3價鉻。對氧化石墨烯進行磁性和環糊精改性，制得β-環糊精-磁性氧化石墨烯(β-CD-MGO)，研究其對6價鉻(Cr6+)的去除能力，并探索了Cr6+吸附過程中吸附時間、溫度、吸附劑用量、pH值等對其吸附效果的影響，得出最佳吸附條件。

1 材料與方法

1.1 供試材料

實驗所使用的氧化石墨烯(GO)購自蘇州恒球石墨烯科技有限公司。所需藥劑均為分析純級。

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，再加入適量氨水調節pH值為10，在85 ℃條件下持續攪拌，冷卻至室溫，清洗至中性，獲得磁性氧化石墨烯[1]。

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

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

1.3 處理設計

取一定濃度的Cr6+溶液于錐形瓶中，分別加入經預處理的β-CD-MGO，在30 ℃、pH值為2的條件下，以180 r·min-1的轉速在往返氣浴恒溫振蕩器中振蕩攪拌24 h，取出過濾，測定水中殘余的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的轉速在往返氣浴恒溫振蕩器中振蕩攪拌，每隔一定時間(5、10、30、60、120、180 min)取出過濾，測定水中殘余的Cr6+濃度，直到1 500 min后全部取出過濾，測完水中殘余的Cr6+濃度，確定β-CD-MGO吸附Cr6+的最短吸附時間。

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、不同反應溫度(30、35、40、45、50 ℃)下，以180 r·min-1的轉速在往返氣浴恒溫振蕩器中振蕩攪拌直至平衡，取出過濾，測定水中殘余的Cr6+濃度，確定β-CD-MGO吸附Cr6+的最佳反應溫度。

取100 mL 20 mg·L-1的Cr6+溶液，用稀硫酸和氨水溶液調節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的轉速在往返氣浴恒溫振蕩器中振蕩攪拌直至平衡，取出過濾，測定水中殘余的Cr6+濃度，確定β-CD-MGO吸附Cr6+的最佳初始pH值。

2 結果與分析

2.1 吸附劑投加量

如表1所示，一定濃度范圍內，β-CD-MGO對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，β-CD-MGO的投加量為0.1 g·L-1。據此推測，若投加量繼續減少，吸附容量可能會繼續增大，但這樣一來去除率會顯得很小，不具有實際意義。

表1 β-CD-MGO投加量對Cr6+吸附容量的影響

2.2 吸附時間

如圖1所示，β-CD-MGO對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對于Cr6+的吸附平衡時間約為24 h。

圖1 吸附時間對于吸附效果的影響

2.3 反應溫度

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

圖2 吸附溫度對于吸附效果的影響

2.4 初始pH值

圖3 初始pH值對于吸附效果的影響

3 小結

本研究顯示，在實驗條件下，β-CD-MGO的最佳投加量為0.1 g·L-1，最佳吸附時間為24 h，在30～50 ℃，β-CD-MGO對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。