SiW11/石墨烯对含Cu2+的重金属废水的吸附性能

马旭光

(黑龙江省齐齐哈尔生态环境监测中心，黑龙江 齐齐哈尔 161000)

随着我国的经济高速发展，现代化工业进程的加快，重金属已经逐步成为危害环境发展以及人类生活的问题之一[1]。铜离子是动植物和人类必须的微量元素，但是当其含量过高时，就会出现生理受阻、发育停滞，甚至导致死亡，当其含量过高也会对水生生态系统造成结构、功能等方面的影响[2]。重金属离子具有富集性，生态系统中的微生物很难降解重金属[3]。当前重金属废水一般采用化学沉淀法、离子交换法、絮凝法、膜分离法、生物处理技术和吸附法等[4]。由于吸附法操作简单、效率高、成本低等优点被广泛应用。本研究以SiW11/GO为吸附剂，考察了其对模拟废水中的Cu2+的吸附性能。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

AFG型原子吸收分光光度计(普析通用)；BSA124S电子分析天平(sartorius赛多利斯)。SiW11/GO实验室自制；其它试剂均为分析纯；实验用水为超纯水。

1.2 吸附实验

在避光条件下，取150 mL不同浓度的铜离子溶液，分别加入一定量的吸附剂SiW11/GO，在不同反应条件下，放置一定时间后，测量溶液中铜离子浓度的变化，通过计算去除率和吸附量衡量吸附剂的吸附能力。Cu2+的去除率(E)的计算，见式(1)：

式(1)中，吸附前溶液中Cu2+的浓度为C0(mg/L)；吸附后溶液中Cu2+的浓度为C1(mg/L)；Cu2+溶液的体积为V(L)；吸附剂的用量为m(g)。

2 结果与讨论

2.1 不同条件下对Cu2+吸附性能影响

2.1.1 吸附时间对Cu2+吸附的影响

吸附剂投加量为0.5 mg，Cu2+溶液浓度为1.5 mg/L，在常温避光条件下，吸附时间对Cu2+吸附的影响结果如图1所示。

图1 吸附时间对Cu2+吸附的影响

由图1可见，吸附剂SiW11/GO对Cu2+的去除率，随着时间的增加而不断增大，在90 min以前，吸附剂的吸附速率较快，90 min以后随着时间的延长吸附速率逐渐缓慢；在120 min后SiW11/GO吸附达到平衡。由于在吸附初期吸附剂的表面有较多的吸附位点，且溶液中Cu2+的浓度相对较高，使吸附剂的去除率相对较快，在90 min后，两种吸附剂表面的吸附位点减少，去除率也随之降低[5]。

2.1.2 SiW11/GO用量对铜离子吸附的影响

图2 吸附剂量对Cu2+吸附的影响

铜离子溶液浓度为1.5 mg/L，吸附剂投加量分别为0.25、0.5、0.75、1.0、1.25、1.5、1.75、2.0、2.5、3.0 mg ，在常温避光条件下，考察吸附过程中Cu2+溶液浓度的变化。由图2可见，Cu2+的去除率随着吸附剂的量的增加而增大，当吸附剂的投加量为2.0 mg时，SiW11/GO的吸附趋于平衡，去除率为96.99%。这是因为，在同样浓度的Cu2+溶液中，吸附剂增多，吸附位点也越来越多，去除率也就越来越大[6]。

2.1.3 pH值对吸附效果的影响

调节Cu2+溶液pH值分别为2、3、5、6、7、8，吸附剂投加量为2.0 mg，在常温避光的条件下，考察吸附过程中pH值对溶液中Cu2吸附的影响，结果见图3。由图3(b)可知，未加吸附剂时，溶液pH值由2增加到7，Cu2+浓度基本不变，但当pH值大于7之后，由于溶液中的OH-与Cu2+反应生成沉淀，使溶液中Cu2+浓度骤降。由图3(a)可知，而加入吸附剂后，随着溶液pH值的增加，去除率也随之升高，当pH值大于7之后，吸附剂对溶液中Cu2+的吸附性能骤增。这是因为，当溶液的pH较低时，溶液中的H+数量较多，与Cu2+形成竞争吸附位点，使吸附剂表面的静电斥力增加，使吸附剂对Cu2+的吸附量变低；随着随着pH的升高，H+数量减少，吸附剂表面吸附位点增加，吸附能力提高[5]；当pH值大于7之后，溶液中的OH-与Cu2+反应生成沉淀，溶液中Cu2+浓度骤降。因此，吸附剂对Cu2+吸附的最佳pH值为7。

(a)未加入吸附剂，(b)未加入吸附剂

2.2 吸附等温线和吸附动力学实验

2.2.1 吸附等温线实验

用Langmuir等温吸附模型来描述SiW11/GO两种吸附剂对Cu2+的吸附，Langmuir等温线方程的线性形式为：

式(2)中，qmax-最大吸附量，mg/g；Ce-吸附达到平衡时Cu2+溶液的浓度，mg/L；

qe-吸附平衡时吸附剂吸附量，mg/L；kL-吸附反应平衡常数，L/g。

根据Langmuir吸附等温方程，由实验数据绘制和SiW11/GO对Cu2+的吸附等温线。

图4 SiW11/GO对Cu2+的吸附等温线

如图4所示，吸附剂SiW11/GO对Cu2+的吸附能较好的符合Langmuir吸附等温方程，线性相关系数 =0.9928。

2.2.2 吸附动力学研究

吸附剂的投加量为2.0 mg，pH值=7，Cu2+溶液的浓度为1.5 mg/L ，在常温避光条件下，采用准二级吸附动力学方程进行拟合。准二级吸附动力学公式(3)所示。

式中，t-吸附反应时间，min；Qe-平衡时的吸附量，mg/g；Qt- 时刻的吸附量，mg/g；k2-准二级吸附速率常数，g/(mg·min)。

图5 SiW11/GO对Cu2+的准二级吸附动力学图

图5是吸附剂SiW11/GO对Cu2+的准二级反应动力学曲线图，可知：吸附剂的准二级模型计算得到的平衡吸附量为89.29 mg/g ,与实验测得的吸附量87.83 mg/g更加接近；吸附剂的准二级动力学模型R2=0.9987，更加接近1。因此，准二级模型能更好的描述吸附剂对Cu2+溶液的吸附行为。

3 结论

本文以SiW11/GO为吸附剂，对模拟含Cu2+的废水进行吸附实验。实验结果表明，吸附剂对Cu2+的吸附效果明显，当吸附剂投加量为2.0 mg，Cu2+废水浓度为1.5 mg/L，溶液pH值=7时，去除率分别为96.99%，吸附量为87.83 mg/g。