氧化石墨烯/海藻酸钙膜吸附MB

乔斌

摘 要：本文通过冷冻干燥的方式制备GO/CA膜，并对这种膜对MB的吸附性能和机制进行了研究。并对膜的化学结构性质进行表征。并研究了温度、MB的初始浓度、初始pH、吸附剂的量及反应时间对吸附的影响。通过热力学以拟合对所得的数据进行分析。根据朗格缪尔及弗伦德里西模型对GO/CA的吸附平衡参数进行分析，实验结果可知最大吸附量为1925.36mg/g。热力学研究表明GO/CA对MB的吸附过程为放热并且自发进行的过程。

关键词：氧化石墨烯；海藻酸钙；MB；吸附

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

1 引言

本文采用冷冻干燥的方法制备GO/CA膜。这种膜可以高效的去除MB。通过一系列的实验对膜对MB的吸附性能和吸附机制进行了研究。通过SEM和FTIR对膜表征。研究了温度、溶液pH值、MB的初始浓度、吸附剂的加入量和反应时间对吸附的影响。

2 实验

2.1 主要原料

SA；CaCl2；MB；GO。

2.2 GO/CA膜的制备

将适量的SA加入到GO中得到2%的SA及不同GO比例的溶液，搅拌均匀。然后将混合液置于冰箱中冷冻，然后冷冻干燥。将干燥后的膜置于CaCl2中浸泡形成GO/CA。水洗多次，去除多余Ca2+，进行干燥。

2.3 吸附剂的表征

通过FTIR对GO/CA膜的表面官能团进行分析。用SEM对膜的表面形貌进行表征。

2.4 吸附实验

本文研究了温度、溶液pH、接触时间、吸附剂质量以及MB初始浓度对GO/CA膜吸附MB性能的影响，对吸附等温线，热力学进行了讨论。

3 结果与讨论

3.1 吸附剂的表征

图1为SEM图，可以看出膜具有光滑的多孔结构。随着GO含量增加膜的表面也会随之出现褶皱，这就说明GO和CA成功地结合。

图2为FTIR光谱图。对比GO/CA膜与CA和GO的红外谱图可知，GO/CA膜成功的制备。

3.2 MB的吸附

（1）初始MB浓度和温度的影响。称6份GO/CA膜分别放入到20 mL不同浓度的MB溶液中。将这6组试样分别置于不同温度中振荡48h至平衡。最后用紫外分光光度计测定MB的浓度。

（2）pH对吸附性能的影响。在低pH值下，染料的去除率较低[1]。随着pH增加，吸附容量变化不大[2]。

（3）接触时间对吸附性能的影响。最开始的时候吸附容量先增加再减慢，直到平衡。这是因为刚开始时有大量活跃的吸附位点[3]。

（4）吸附剂量对吸附性能的影响。随GO/CA膜的用量增加MB的去除率增加。由于MB总浓度的限制，并非所有的吸附位点都能达到饱和的程度，所以吸附剂用量的增加使得吸附容量减少[4]。

3.3 吸附等温线研究

Langmuir模型是假定吸附发生在单分子层的均匀表面的基础上来进行分析的。Langmuir模型的线性表达式为[5]：

根据所得结果的曲线的斜率和截距可以得到qmax和kL的数值。通过Langmuir模型可以得出在293 K，303 K和313 K时的最大的理论吸附吸附容量分别为1925.36mg/g ， 1663.89 mg/g 和1633.98 mg/g。R2>0.99，这表明实验数据与Langmuir模型拟合的很好。

从两种模型参数中可以看出，所有的决定系数均大于0.98，这两种模型都能对膜吸附MB的数据很好的拟合。由Freundlich模型计算得出的参数1/n均比1小，可以得出吸附反应有利于发生的结论。

3.4 吸附热力学

为了研究温度对与GO/CA膜对于MB吸附过程的影响，焓（ΔH），熵（ΔS）等热力学参数通过Vant Hoff 方程和吉布斯自由能（ΔG）计算[6]：

得到ΔH=?23.67 kJ/mol表明吸附反应是放热反应，吸附MB的能力随着温度的升高而下降。ΔG是负值，表明吸附是自发的反应。

4 结论

实验得出随着温度的升高吸附量降低。在较低pH下吸附量较低。对吸附等温线进行了研究，由于决定系数R2均在0.99左右，可以得出Langmuir，Freundlich模型都能对GO/CA吸附MB的数据进行很好的拟合。按方程拟合得出在298 K时能达到最大的理论吸附量为1925.36 mg/g。对热力学进行了研究得出ΔG和ΔH的数值均为负值，表明GO/CA对MB的吸附是自发的放热反应的过程。

参考文献：

[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.