功能化磁性氧化石墨烯材料的制备及对砷的吸附性能

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本文研制、表征了两种功能化磁性氧化石墨烯材料——As(Ⅲ)离子印迹聚合物修饰磁性氧化石墨烯和离子液体修饰磁性氧化石墨烯,用于水中As(Ⅲ)、As(V)的吸附去除,效果良好。主要内容如下:1、As(Ⅲ)离子印迹聚合物修饰磁性氧化石墨烯的制备及对As(Ⅲ)的吸附性能以磁性氧化石墨烯作为载体,砷离子(As(Ⅲ))作为模板离子,3-巯基丙基三甲氧基硅烷(MPTS)作为功能单体,正硅酸乙酯(TEOS)作为交联剂合成了As(Ⅲ)离子印迹磁性氧化石墨烯纳米材料(MGO-IIP)。用同样的方法合成相对应的非印迹材料(MGO-NIP)做对比。使用扫描电子显微镜(SEM)、红外光谱法(FTIR)、X-射线衍射法(XRD)和振动样品磁强计(Vsm)对合成的材料进行了表征。考察了MGO-IIP对As(Ⅲ)的吸附特性,探讨了环境pH、吸附时间、温度、初始溶液浓度、共存阴离子及材料的重复使用效果。结果表明:MGO-IIP对As(Ⅲ)的最大吸附量为148.1 mg·g-1,仅20 min即可到达吸附平衡,印迹因子为2.35;吸附过程服从Langmuir模型和准二级动力学模型,是自发的吸热过程;在其他干扰离子存在的情况下,MGO-IIP对As(Ⅲ)仍然具有良好的吸附效果,且能够重复使用4次,在含砷废水处理中具有应用价值。探究了MGO-IIP材料对As(Ⅲ)的吸附机制为表面络合作用及物理吸附。2、离子液体修饰磁性氧化石墨烯及对As(Ⅲ)和As(V)的吸附性能通过改良的Hummers方法制备GO,然后制备MGO,再以MGO为载体,将离子液体(IL)负载在上面,合成MGO-IL吸附材料。使用SEM、FTIR、XRD、VSM及热重分析仪(TG)对合成的材料进行了表征。考察了MGO-IIP的吸附效果,探讨了离子液体的种类、溶液pH值、吸附时间、温度、初始溶液浓度、共存阴离子及材料的重复使用效果。实验结果表明:吸附平衡在30min内达到,材料对As(Ⅲ)的最大吸附容量为160.65 mg·g-1,对As(V)的最大吸附容量为104.13mg·g-1。通过外加磁场可快速的将MGO-IL从溶液中分离出来。材料可重复使用5次,其吸附能力没有显着降低。此外,常见的共存阴离子不会干扰As(Ⅲ)和As(V)的吸收。与MGO相比,MGO-IL对As(Ⅲ)和As(V)的吸附量大大增加,平衡时间显著缩短。探索了MGO-IL对砷物质的吸附机理,除静电吸引外,As(Ⅲ)对MGO-IL的吸附机理主要是表面络合作用。
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