PW12/CuO/GO復合材料對龍膽紫的吸附性能研究

聞 琪，馬榮華

(齊齊哈爾大學 化學與化學工程學院，黑龍江 齊齊哈爾 161000)

目前，隨著生活水平的不斷提高，人們對染料的要求也日益增加，人工合成染料被大量的用于印染行業，產生了更多的染料廢水。并且現在的染料朝著抗光解、抗熱、抗生物氧化的方向發展,從而，加大了染料廢水的處理難度[1]。若廢水未經有效處理直接排放到水中，將嚴重破壞水體，影響水生生物的光合作用，造成水體的透明度降低、降低了水體的自凈能力，破壞了生態環境，危害了人類的健康[2]。染料廢水的處理方式比較多，由于吸附法成本較低、操作簡便，能吸附重金屬離子，去除難處理物質，因此是常用的方法之一[3]。

石墨烯比表面積大，機械強度高，價格低廉，化學穩定性強，得到了廣泛的應用，是一種理想的吸附劑[4]。而雜多酸催化能力強，結構穩定，腐蝕性小，是綠色環保的雙功能催化劑[5]。將氧化石墨烯、雜多酸和氧化物制成三元催化劑，具有良好的吸附性能，有很好的應用前景。本文研究了PW12/CuO/GO對模擬染料廢水龍膽紫溶液的吸附性能。

1 實驗部分

1.1 主要儀器與試劑

722型分光光度計(山東高密彩虹分析儀器有限公司)，TU-1901型雙光束紫外-可見分光光度計(北京普析公司)，PHS-4CT 精密酸度計(上海康儀儀器有限公司)，TGL-16C高速臺式離心機(上海梅香儀器有限公司)，BJ-3控溫磁力攪拌器(江蘇金壇醫療儀器廠)。PW12/CuO/GO(實驗室自制)，所用試劑均為國產分析純。

1.2 龍膽紫的吸附實驗

取一定濃度的50 mL龍膽紫樣品并向其加入一定量的催化劑。將其置于黑暗處進行吸附，進行對比實驗，用紫外分光光度計以20 min為間隔測定吸光度值A，并計算其吸附率 E，吸附量Q。公式如下：

(1)

(2)

其中，C0染料初始濃度；C為吸附平衡時的濃度；V為溶液體積；m為催化劑質量。

2 結果與討論

2.1 PW12/CuO/GO用量的影響

取5份50 mL濃度為10 mg/L的龍膽紫溶液，調節pH值=7，測定初始吸光度A0。將3、5、7、9、11 mg的PW12/CuO/GO復合催化劑分別加入染料溶液中。避光超聲數分鐘后，轉移到暗處進行染料吸附實驗。每20 min測一組吸光度，總共吸附120 min，結果見圖1。

由圖1可知，當PW12/CuO/GO的用量為5 mg時，吸附量為61.46 mg/g，去除率為70.79%，龍膽紫的吸附效果為最佳。主要是因為當加入的催化劑小于5 mg時，活性吸附位點很小，不利于反應。當染料吸附達到平衡時刻，依然有大量龍膽紫沒有被完全的吸附，因此吸附量少，去除率低。當加入過多時，吸附能力受到了限制，從而吸附量與去除率會逐漸降低。

圖1 PW12/CuO/GO的用量對龍膽紫吸附的影響

Fig.1 Effect of the amount of PW12/CuO/GO on the adsorption of gentian violet

2.2 溶液的初始濃度的影響

準備濃度為5，10，15，20，25，30 mg/L的龍膽紫溶液，分別取50 mL染料溶液于小燒杯中。調節pH值=7，測量起始吸光度A0，向每個小燒杯中加入5 mg的PW12/CuO/GO復合催化劑。避光下超聲數分鐘，將溶液在暗處吸附120 min，每間隔20 min測量一組溶液的吸光度，結果見圖2。

圖2 染料濃度對龍膽紫吸附的影響

Fig.2 Effect of dye concentration on the adsorption of gentian violet

當染料的起始濃度為10 mg/L時，吸附量達到62.14 mg/g，去除率達到75.90%，吸附效果為最佳。這是因為當染料溶液的起始濃度小于10 mg/L時，催化劑沒有得到完全的利用，導致染料吸附的不夠完全。而當染料濃度逐漸增加時，超出了最大飽和吸附容量，去除率就只取決于催化劑表面電子和空穴的數量，導致吸附效果逐漸減弱。

2.3 溶液pH值的影響

圖3 溶液的pH值對龍膽紫吸附的影響

Fig.3 Effect of pH of solution on adsorption of gentian violet

配置10 mg/L的龍膽紫溶液，分別取5份50 mL的染料溶液置于小燒杯中，用氫氧化鈉溶液和稀鹽酸溶液調節染料溶液的pH值=3，5，7，9，11，測量初始吸光度A0，分別加入5 mg的PW12/CuO/GO復合催化劑。避光超聲后，將染料溶液放在避光處吸附120 min，每間隔20 min測一組溶液的吸光度，結果見圖3。

當染料溶液的pH值=9時，PW12/CuO/GO對龍膽紫吸附的效果最佳。吸附量達到48.36 mg/g，去除率達到81.65%。這是由于當染料溶液的pH值小于9時，磷鎢酸的陰離子和染料溶液的H+及其容易結合，催化劑表面含有大量與龍膽紫正離子互斥的正電荷。影響了對龍膽紫吸附的效果，而當溶液的pH值大于9時，雜多酸的陰離子容易發生分解，影響了對龍膽紫的吸附。

3 結論

三元復合材料PW12/CuO/GO表現出了良好的吸附性能。在龍膽紫溶液pH值= 9，染料的起始濃度是10 mg/L，催化劑用量為5 mg時，吸附效果達到最佳，龍膽紫的去除率為81.65%。