磁性石墨烯纳米材料的制备及对水中四环素类抗生素的吸附研究

来源 :华南理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhangzhao322
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石墨烯具有机械强度高、比表面积大、稳定性好等优点,在吸附、萃取等领域应用广泛。磁性石墨烯结合磁性纳米粒子易于分离和石墨烯吸附能力强的优势,成为研究热点。近年来,抗生素在环境中的残留现状引起关注。本研究采用化学共沉淀法制备磁性石墨烯纳米复合材料,对所制备的样品进行形貌特征、晶体结构等表征,并对水中两种典型的四环素类抗生素(包括盐酸土霉素和盐酸四环素)进行了吸附实验的研究。研究结果表明:(1)采用化学共沉淀法制备了磁性石墨烯纳米材料,扫描电子显微镜(SEM)、比表面积测定(BET)、X射线衍射光谱(XRD)、傅里叶红外光谱(FTIR)和磁学性质测量(MPMS)等一系列的表征表明,材料具有褶皱的结构,这种结构可以为吸附提供丰富的位点,磁性粒子均匀分布在石墨烯上。材料的比表面积为232 m2/g,孔体积为0.24 cm3/g,平均孔径大小为5.85 nm,属于中孔材料,为磁性石墨烯纳米复合材料,材料的饱和磁化强度为26 emu/g,可用于磁性固液分离。(2)将磁性石墨烯吸附剂吸附水中两种典型的四环素类抗生素——盐酸土霉素和盐酸四环素,考察了吸附剂的用量、初始抗生素的浓度、溶液p H、反应温度等因素对吸附过程的影响。实验结果表明当吸附剂用量为60 mg、抗生素初始浓度为10 mg/L、溶液pH为7、温度为40℃的条件下获得了最好的吸附效果,磁性石墨烯对盐酸土霉素和盐酸四环素的吸附速率分别为0.834 mg·g·min-1和0.974 mg·g·min-1,吸附容量分别为336 mg/g和423 mg/g。(3)吸附等温线、吸附动力学、吸附热力学研究分析表明,盐酸土霉素和盐酸四环素在磁性石墨烯材料上的吸附符合Langmiur等温线方程和拟一级动力学方程,属于吸热反应,在3040℃范围内温度升高有利于吸附的发生。吸附主要是π-π相互作用和静电作用。吸附-解吸附实验结果表明,磁性石墨烯材料循环使用5次吸附效率衰减仅为9%。(4)将磁性石墨烯纳米材料应用于三种环境水(包括自来水、泳池水和湖水)的吸附。实验结果表明,在吸附剂用量为60mg、pH为7、接触时间为60min、温度为40℃的条件下,磁性石墨烯对自来水、泳池水和湖水中盐酸土霉素和盐酸四环素中的去除效率分别为81.396.4%和80.799.5%、93.998.3%和97.898.8%、90.598.2%和97.999.5%。该纳米复合材料在对水体中四环素类抗生素的吸附方面有较大的应用潜力。
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