功能化氧化石墨烯对含Cr6+废水的吸附

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。