GO-4A分子筛复合材料的制备及吸附性能研究

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重金属废水因其水量庞大、毒效长期持续、复杂性、动态性、转化迁移多样性、污染局部性以及生物不可降解等特点,而成为全球关注的重大问题之一。吸附法由于具有材料来源广泛、操作简便、选择性高以及成本低廉等优点,成为近年来在重金属废水处理领域的一个研究热点。氧化石墨烯(GO)不仅具有优异的亲水性、力学性质以及电学性质,而且其结构中富含的大量含氧官能团可作为纳米粒子的结合位点以及巨大的比表面积。但GO由于层间范德华力导致片层之间容易堆叠,实际生活中大大限制了其应用。4A分子筛是由硅氧和铝氧四面体组成的三维骨架状结构化合物,属立方晶系,具有较高的离子交换容量和比表面积。本研究采用超声波+磁力搅拌法的工艺制备了一种GO-4A分子筛复合材料,通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、热重分析(TG)等手段对其进行了表征,同时分别对水中Cu2+、Pb2+的吸附性能进行了探究。(1)通过XRD、FTIR、SEM等对不同复合比例制备的GO-4A的结构和形貌进行了剖析。结果表明不同复合比例对GO-4A物相组成影响不大;4A分子筛的加入会降低氧化石墨烯的团聚程度,随着复合比例增大,复合材料的热稳定性不断提高;当氧化石墨烯和4A分子筛的复合比例为1:5时,复合效果最佳,并在室温条件下,溶液pH=6时,对铜离子的去除效率可达到95.42%。(2)通过单因素试验、正交实验以及响应曲面分析对GO-4A的最佳吸附条件进行了探究。结果表明:在溶液体积为100ml时,复合材料对Cu2+的最佳吸附条件是溶液pH为5.52,投加量为0.23g,溶液起始浓度为76.73mg/L;复合材料对Pb2+的最佳吸附条件是溶液pH为4.97,投加量为0.33g,溶液起始浓度为154.2mg/L。(3)通过吸附等温和吸附动力学模型对GO-4A的吸附机理进行了探究,结果表明:GO-4A纳米复合材料对Cu2+、Pb2+的吸附分别符合Langmuir模型、Freundich模型,最大吸附量分别为48.78mg/g、142.87mg/g。且都与准二级反应速率模型拟合后相关性最佳。在吸附过程中物理和化学吸附同时存在,并以化学吸附为主,推断是GO-4A纳米复合材料与金属离子之间形成了氢键、π-π共轭作用以及静电作用。图42幅,表14个,参考文献122篇。
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