不同影響因素對rGO/CoFe2O4吸附孔雀石綠的研究

趙會彬+朱博楠+高山+王帥

摘要：本文采用膜分散技術結合水熱法制備了石墨烯/CoFe2O4納米復合材料，考察了不同吸附條件下rGO/CoFe2O4納米復合材料對孔雀石綠模擬廢水的吸附效果，并利用紫外—可見分光光度計測量吸附后孔雀石綠模擬廢水的吸光度。結果表明，rGO/CoFe2O4對于MG的吸附能力優于單一納米CoFe2O4粒子，吸附效果明顯，最大吸附容量達104.67 mg/g，并且吸附后具有良好的磁分離功能。

關鍵詞：石墨烯；CoFe2O4；孔雀石綠；吸附

中圖分類號：TB33文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2016） 10（c）-0000-00

孔雀石綠（Malachite Green，MG）是一種常用的工業性人工合成的有機染料，主要用于紡織行業、造紙行業、食品染色劑，同時又是治理魚類真菌感染的殺菌劑。但孔雀石綠又是一種有毒的三苯甲烷類化學物，有致癌和中毒等副作用[1]。因此，處理含有孔雀石綠的廢水一直是人們研究的熱點[2]。

去除孔雀石綠常用的方法有絮凝[3]、化學氧化[4]、膜分離[5]、吸附等[6，7]。目前，最常用的廢水處理方法是吸附分離法，此方法具有操作簡單、材料來源廣、吸附效果好等優點，但也會存在一些缺點，如吸附劑處理廢水后，不易與廢水分離，造成二次污染。所以，本文以預先制備的rGO/CoFe2O4納米復合材料[8]作為吸附劑，進行孔雀石綠模擬廢水的脫色處理，考察了rGO/CoFe2O4納米復合材料對MG染料廢水吸附過程的最佳復合比例、最優pH值、最佳投加量以及吸附平衡時間，以期為探索去除廢水中的MG有機染料提供穩定而又有效的處理方法。

1 材料和方法

1.1實驗試劑及儀器

實驗試劑：氯化鐵，氯化鈷，氫氧化鈉，石墨烯，孔雀石綠。

實驗儀器：恒溫磁力攪拌器（HJ-4A），精密酸度計（PHS-2C），電熱恒溫水浴鍋（DK-S22型）、紫外—可見分光光度計（UV 752型）。

1.2 吸附實驗

移取30.00 mL一定濃度的孔雀石綠置于100 mL錐形瓶中，用NaOH溶液和鹽酸調節pH值，加入一定量的自制rGO/CoFe2O4吸附劑，攪拌反應一定時間后，用磁座將rGO/CoFe2O4與溶液分離，移液管移取1 ml上層清液，用除鹽水稀釋于50 mL比色管中，用紫外可見分光光度計測定吸光度，并計算濃度。吸附劑的吸附量和去除率通過以下公式計算：qt=（C0-Ct）V/m，R%=（C0-Ct）/C0×100% 式中：qt—t時刻吸附量（mg/g）；C0—吸附前孔雀石綠濃度（mg/L）；Ct—吸附t時刻孔雀石綠濃度（mg/L）；V—溶液的體積（mL）；R%—孔雀石綠去除率；m—加入的吸附劑質量（g）。

2 結果與討論

2.1 rGO/CoFe2O4的復合比例對MG去除率的影響

基于石墨烯大的比表面積、較強的吸附性能和納米CoFe2O4粒子的磁性能，將二者進行復合，勢必尋求二者最佳實驗比例，既能發揮石墨烯與納米CoFe2O4粒子的最優吸附性能，又可以使復合材料兼具一定的磁分離功能。

不同復合比例下孔雀石綠的去除率分別為55.18% ，59.85%，70.92%，79.41%，86.96%，88.13%。相比于單一CoFe2O4納米粉體，隨著GO含量的不斷增加，rGO/CoFe2O4納米復合材料對于MG的去除率均有所提高，說明與石墨烯復合后，復合材料的吸附性能大幅度增強。當二者復合比例為10：7、10：9時，對于MG的去除率變化不大，基于節約成本的角度出發，我們選擇CoFe2O4/GO復合比例為10：8，作為后面的單因素實驗的吸附劑。

2.2 pH對MG去除率的影響

如圖2-1，隨著pH值的增大，rGO/CoFe2O4吸附孔雀石綠的去除率在逐漸上升。在pH為2時，吸附效果很差，當pH值從2增加到6時，吸附劑對MG的去除率從57.36%增加到85.34%，說明酸性環境對吸附影響較大，這是因為孔雀石綠為陽離子型染料，rGO/CoFe2O4表面由于rGO的存在而顯電負性，較多的H+與之發生競爭吸附，導致MG的去除率較低。pH在6～10范圍內達到較好吸附水平，對MG的去除率達到88.16%，并且變化不大。因此，我們選擇較中性的條件下即PH在7左右作為吸附實驗的理想PH值。

2.3 rGO/CoFe2O4的投加量對MG去除率的影響

吸附劑的用量對MG的去除率影響較大，從MG染料的去除效果與經濟性兩方面來綜合考慮。

如圖2-2所示，隨著rGO/CoFe2O4吸附劑的加入量逐漸增大，對MG染料廢水的去除率逐漸升高，從70.12% 增加99.2%，當吸附劑投加量為4 g/L時，去除率趨于平緩，達到吸附平衡。MG去除率的增加，是因為吸附劑隨著用量的增加，增大了吸附劑的吸附表面，同時也增多了其與染料廢水的吸附結合位點，致使MG的去除率上升。因此，綜合考慮來看，我們選擇rGO/CoFe2O4吸附劑的最佳投加量為4 g/L，作為后續單因素實驗的吸附劑用量。

2.4 吸附時間對MG去除率的影響

吸附時間的長短是衡量吸附劑優劣的一個重要指標，染料的吸附從開始到吸附平衡需要一定的時間。本組實驗考察了吸附時間對rGO/CoFe2O4去除MG過程的影響，以MG的去除率作為考察指標。

隨著時間的逐漸延長，吸附逐漸趨于飽和。整個實驗的吸附時間為150 min，但在120 min到140 min之間時，去除率接近98%，說明吸附趨于平衡。在最初的60 min內，MG的去除率迅速增大，說明在這段時間內吸附速率較大，這是因為吸附開始時，染料MG與吸附劑表面的活性位點較多，致使MG分子迅速與吸附劑表面活性吸附位點相結合，致使吸附速迅速提高。但在60 min后，吸附變得緩慢，這是因為隨著更多的吸附位點被MG染料分子所占據，致使吸附速率逐漸降低。在吸附時間達到120 min后，MG的去除率達到最大，吸附趨于平衡階段，平衡時間選為120 min。

2.5 孔雀石綠的初始濃度

隨著MG初始濃度的不斷增加，吸附量逐漸上升。當濃度為300 mg/L時，rGO/CoFe2O4對于MG廢水的最大吸附量達到104.67 mg/g。

在一定程度下，吸附量的大小取決于MG染料的濃度，即濃度越大吸附量越大。但MG濃度增大到300 mg/L時，隨著初始濃度的繼續增加，吸附劑對MG吸附量的增加速度呈減小的趨勢，最終達到穩定狀態，表明吸附趨于飽和。

3 結論

利用rGO/CoFe2O4納米復合材料作為吸附劑，進行了孔雀石綠染料廢水的吸附實驗研究。其對MG染料廢水的吸附具有較快的吸附速率，120 min左右達到吸附平衡，且具有較大的吸附容量，可達104.67 mg/g。由于與納米CoFe2O4的復合，使得其具有良好的磁分離功能，在很大程度上減小了吸附劑與染料廢水的分離難度。通過實驗確定了rGO/CoFe2O4納米復合材料對MG染料廢水吸附的最佳復合比例、最優pH值、最佳投加量以及吸附平衡時間。

參考文獻

[1] 王邃，陳丹峰，郭智勇，等.孔雀石綠的污染治理及樣品中殘留物的分離

檢測方法.水生態學雜志，2009，2（4）：146～150

[2] 何麗華，沈國順，鄒偉，等.孔雀石綠及其危害.特養與水產，2006，27（5）：45～48

[3] 郭沛涌，賴通.化學混凝法去除制革廢水懸浮物的研究.工業水處理，2009，29（1）：20～22

[4] 張麗宏.化學氧化法處理染料廢水的研究進展.河北化工，2007，30（10）：70～71

[5] K. V. Kumar， V. Ramamurthi， S. Sivanesan. Modeling the mechanism involved during the sorption of methylene blue onto fly ash. Journal of Colloid and Interface Science， 2005， 284（1）： 14～21

[6] 張輝，徐義亮，李群，等.改性竹炭顆粒對水溶液中孔雀綠的吸附動力學

研究.生態與農村環境學報，2010，26（6）：591～595

[7] 吳燕.印染廢水處理方法的現狀與展望.北方環境，2000，10（3）：43～49

[8] 關曉輝，匡嘉敏，趙會彬等.還原的氧化石墨烯/ CoFe2O4的膜分散-水熱法制備及其吸波性能.化工進展，2015，34（10）：3693-3699