石墨烯負載α-SiMo11Mn對龍膽紫的吸附性能

曹 睿，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)

當前水體污染日益加重，工業廢水中含有重金屬、染料等污染物，使其成為處理的難點之一。傳統的處理方法不足治理各種化學物質的污染[1]。吸附法[2]由于治理成本低、操作性強、不產生二次污染物等優點，成為處理染料廢水最具成本效益的方法。雜多酸是具有酸性，氧化還原，光化學活性等特征[3-5]。石墨烯又叫單原子層石墨，能有效地去除水中的污染物[6-7]。如果將雜多酸和氧化石墨烯復合在一起，就可以提高其比表面積，提高其吸附性能，并且復合物不易溶于水，易于印染廢水治理回收。

本文研究α-SiMo11Mn/GO復合材料對龍膽紫的吸附性能，并對催化劑用量、溶液pH、染料初始濃度等條件進行探究，確定反應最佳條件。

1 實驗部分

1.1 實驗儀器與試劑

TGL-16C高速臺式離心機，上海梅香儀器有限公司；紫外光譜儀 (TU-1901)(北京普析通用儀器有限責任公司)；BJ-3控溫磁力攪拌器，江蘇金壇醫療器械廠。α-SiMo11n/GO(實驗室自制)，其它所用試劑均為國產分析純。

1.2 吸附實驗

取一定濃度的100 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20min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 龍膽紫的最大吸收波長

用紫外-可見分光度計測定石英比色皿中龍膽紫5mL(12 mg/L)，對溶液進行全波段掃描(400～900 nm)，測量最大吸收波長，如圖1所示。

圖1 龍膽紫的吸收曲線Fig.1 Absorption curve of gentian violet

由圖1可以得出：龍膽紫的最大吸收波長為580nm，因此本實驗在波長580nm的情況下對其進行吸光度的測定。

2.2 龍膽紫溶液的初始pH值對吸附率的影響

配制15 mg/L龍膽紫溶液，用稀鹽酸溶液或氫氧化鈉溶液調節龍膽紫溶液的pH值，使其在 pH值=1、3、5、7、9 處，再分別加入8 mg α-SiMo11Mn/GO于溶液中。超聲、避光，在室溫下吸附 120 min，溶液的吸收度每20 min測量一次，結果見圖2。

a.吸附率 b.吸附量

圖2 pH值對龍膽紫吸附的影響曲線
Fig.2 Effect of pH on the adsorption of gentian violet

從圖2可知，在pH值=9時，吸附效果最好，此時吸附量可達 63.91mg/g，吸附率最高達78.87%。這是因為 pH值 較小時，雜多酸陰離子在溶液中很容易與氫離子結合，吸附劑表面積累了大量的正電荷，正電荷的龍膽紫離子產生靜電斥力導致吸附性差和吸附率低。

2.3 龍膽紫的初始濃度值對吸附率的影響

配制 5，10，15，20，25，30 mg /L龍膽紫溶液，然后用氫氧化鈉溶液對龍膽紫溶液進行 pH值 調節，使其pH值=9處，再分別加入8 mg α-SiMo11Mn/GO于溶液中。超聲、避光，在室溫下吸附 100 min，每隔 20 min 測量溶液的吸光度，結果見圖3。

a.吸附率 b.吸附量

圖3 溶液濃度對龍膽紫吸附的影響曲線
Fig.3 Effect of solution concentration on adsorption of gentian violet

從圖3可知，當龍膽紫溶液的初始質量濃度為 15 mg/L 時，吸附效果最好，吸附率可達 79.18%，此時吸附量達到 70.86 mg/g; 當質量濃度增大到 10 mg/L 以上時，超出了溶液里所加入的復合材料 α-SiMo11Mn/GO 的飽和吸附量，不能吸附溶液中剩余的龍膽紫，使吸附率降低。

2.4 催化劑用量對龍膽紫吸附率的影響

配制 15 mg/L 龍膽紫溶液，然后用氫氧化鈉溶液對龍膽紫溶液進行 pH值 調節，使其 pH值 = 9，再分別加入3，5，7，9，11 mg α-SiMo11Mn/GO于溶液中。超聲、避光，在常溫下吸附 140 min，每隔 20 min 測量溶液的吸光度，結果見圖4。

a.吸附率b.吸附量

圖4 催化劑用量對龍膽紫吸附的影響曲線
Fig.4 Effect of catalyst dosage on adsorption of gentian violet

從圖4可看出，當α-SiMo11Mn/GO用量為 5 mg時，龍膽紫的吸附效果最好，可達80.52%，吸附量為 70.23mg/g;但當催化劑用量為3 mg時，吸附量最大為 56.64mg/g，吸附率為68.88%。這是由于當α-SiMo11Mn/GO用量較少時，活性吸附點位少，達到吸附平衡時，還有大量的龍膽紫未被吸附，因而吸附率低; 當 α-SiMo11Mn/GO 用量增加時，部分α-SiMo11Mn/GO在未被吸附時被染料包覆，一些吸附劑未被充分利用導致吸附量低。

3 結論

復合材料α-SiMo11Mn/GO對龍膽紫的吸附效果良好，當溶液的初始pH值為9,龍膽紫溶液的濃度為15mg/L,α-SiMo11Mn/GO的用量為5mg。吸附率可達80.52%，吸附量可達70.23 mg/g。