功能化氧化石墨烯对含Cr6+废水的吸附

2019-02-28 08:25陈晨黄树辉周志文
浙江农业科学 2019年2期
关键词:价铬环糊精投加量

陈晨,黄树辉,2*,周志文

(1.温州医科大学 公共卫生与管理学院,浙江 温州 325035; 2.温州医科大学 浙南水科学研究院,浙江 温州 325035)

铬是一种有毒重金属,具有很强的毒性和生物蓄积性。铬在废水中以3价铬和6价铬两种稳定态存在,且6价铬的毒性远大于3价铬。对氧化石墨烯进行磁性和环糊精改性,制得β-环糊精-磁性氧化石墨烯(β-CD-MGO),研究其对6价铬(Cr6+)的去除能力,并探索了Cr6+吸附过程中吸附时间、温度、吸附剂用量、pH值等对其吸附效果的影响,得出最佳吸附条件。

1 材料与方法

1.1 供试材料

实验所使用的氧化石墨烯(GO)购自苏州恒球石墨烯科技有限公司。所需药剂均为分析纯级。

1.2 功能化氧化石墨烯制备

磁性氧化石墨烯(MGO)的制备:在室温下,配制一定浓度的FeCl3与FeSO4溶液,将其加入氧化石墨烯溶液中,再加入适量氨水调节pH值为10,在85 ℃条件下持续搅拌,冷却至室温,清洗至中性,获得磁性氧化石墨烯[1]。

氨基化环糊精的制备:在室温下,将环糊精溶解,加入乙二胺,40 ℃条件下反应,得到氨基化环糊精[2]。

β-环糊精与磁性氧化石墨烯复合物(β-CD-MGO)的制备:将氨水加入MGO溶液中,室温下搅拌10 min,再加入氨基化环糊精,80 ℃下搅拌反应24 h,将得到的产物用乙醇和超纯水清洗多次,定容后得到β-CD-MGO复合物[3-4]。

1.3 处理设计

取一定浓度的Cr6+溶液于锥形瓶中,分别加入经预处理的β-CD-MGO,在30 ℃、pH值为2的条件下,以180 r·min-1的转速在往返气浴恒温振荡器中振荡搅拌24 h,取出过滤,测定水中残余的Cr6+浓度,确定β-CD-MGO吸附Cr6+的最佳投加量。

取100 mL浓度为20 mg·L-1的Cr6+溶液于锥形瓶中,分别加入最佳投加量的β-CD-MGO,在30 ℃、pH值为2的条件下,以180 r·min-1的转速在往返气浴恒温振荡器中振荡搅拌,每隔一定时间(5、10、30、60、120、180 min)取出过滤,测定水中残余的Cr6+浓度,直到1 500 min后全部取出过滤,测完水中残余的Cr6+浓度,确定β-CD-MGO吸附Cr6+的最短吸附时间。

取100 mL 20 mg·L-1的Cr6+溶液,分别加入最佳投加量的β-CD-MGO,在pH值为2、不同反应温度(30、35、40、45、50 ℃)下,以180 r·min-1的转速在往返气浴恒温振荡器中振荡搅拌直至平衡,取出过滤,测定水中残余的Cr6+浓度,确定β-CD-MGO吸附Cr6+的最佳反应温度。

取100 mL 20 mg·L-1的Cr6+溶液,用稀硫酸和氨水溶液调节pH值分别为1~10,加入最佳投加量的β-CD-MGO,在30 ℃条件下以180 r·min-1的转速在往返气浴恒温振荡器中振荡搅拌直至平衡,取出过滤,测定水中残余的Cr6+浓度,确定β-CD-MGO吸附Cr6+的最佳初始pH值。

2 结果与分析

2.1 吸附剂投加量

如表1所示,一定浓度范围内,β-CD-MGO对Cr6+的吸附容量随着吸附剂投加量的增大而减小,吸附容量最大时,β-CD-MGO的投加量为0.1 g·L-1。据此推测,若投加量继续减少,吸附容量可能会继续增大,但这样一来去除率会显得很小,不具有实际意义。

表1 β-CD-MGO投加量对Cr6+吸附容量的影响

2.2 吸附时间

如图1所示,β-CD-MGO对Cr6+的吸附率在0~15 min显著上升,在15~800 min缓慢上升,800~1 500 min趋于平缓,在24 h(1 440 min)左右吸附饱和,故β-CD-MGO对于Cr6+的吸附平衡时间约为24 h。

图1 吸附时间对于吸附效果的影响

2.3 反应温度

如图2所示,在30~50 ℃,随着温度上升,β-CD-MGO对Cr6+的吸附量逐步下降。

图2 吸附温度对于吸附效果的影响

2.4 初始pH值

图3 初始pH值对于吸附效果的影响

3 小结

本研究显示,在实验条件下,β-CD-MGO的最佳投加量为0.1 g·L-1,最佳吸附时间为24 h,在30~50 ℃,β-CD-MGO对Cr6+的吸附量随温度上升而下降。在初始pH值1~3,随着pH值增大,β-CD-MGO对的Cr6+的吸附效果显著下降;在初始pH值3~10,随着pH值增大,β-CD-MGO的吸附效果变化不明显。

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